要約:新しいアプローチ、新しいソリューションはありません、プレイする素敵なプログラム、および既知のソリューションのローカルな改善不能性の興味深い結果。ああ、そしていくつかの一般的に有用な観察。
SAT
ベースのアプローチを使用する
と、薄壁の代わりにセルがブロックされ、反対側のコーナーの開始位置と終了位置が固定された4x4迷路の同様の問題を完全に解決できました
。したがって、この問題に対して同じアイデアを使用できるようになりたいと思いました。ただし、他の問題では2423個の迷路のみを使用し(その間は2083個で十分であることが観察されています)、29の長さのソリューションがありますが、SATエンコードには数百万の変数が使用され、解決には数日かかりました。
そこで、2つの重要な方法でアプローチを変更することにしました。
- ゼロからソリューションを検索することを主張するのではなく、ソリューション文字列の一部を修正することができます。(とにかく単位句を追加することで簡単に実行できますが、私のプログラムでは快適に実行できます。)
- 最初からすべての迷路を使用しないでください。代わりに、未解決の迷路を一度に1つずつ追加します。一部の迷路は偶然に解決される場合もあれば、すでに検討されている迷路が解決されると常に解決される場合もあります。後者の場合、意味を知る必要なく、追加されることはありません。
また、より少ない変数と単位句を使用するようにいくつかの最適化を行いました。
プログラムは@orlpに基づいています。重要な変更は迷路の選択でした:
- まず、迷路は壁の構造と開始位置によってのみ与えられます。(また、到達可能な位置も保存します。)関数
is_solution
は、到達可能なすべての位置に到達したかどうかをチェックします。
- (変更なし:到達可能な位置が4つ以下の迷路をまだ使用していません。しかし、それらのほとんどは、次の観察結果によって破棄されます。)
- 迷路が上の3つのセルのいずれも使用しない場合、それは上にシフトされた迷路と同等です。そのため、ドロップできます。同様に、左の3つのセルを使用しない迷路の場合も同様です。
- 到達不能な部品が接続されているかどうかは問題ではないため、到達不能な各セルは完全に壁で囲まれていると主張します。
- 大きなパスの迷路のサブ迷路であるシングルパスの迷路は、大きなパスの迷路が解決されるときに常に解決されるため、必要ありません。サイズが最大7の各単一パス迷路は、より大きなものの一部です(まだ3x3に収まります)が、サイズ8の単一パス迷路はありません。簡単にするために、サイズが8未満の単一パスの迷路をドロップします(そして、私はまだ極限点のみを開始位置と見なす必要があることを使用しています。プログラムの。)
このようにして、開始位置で合計10772の迷路を取得します。
プログラムは次のとおりです。
#include <algorithm>
#include <array>
#include <bitset>
#include <cstring>
#include <iostream>
#include <set>
#include <vector>
#include <limits>
#include <cassert>
extern "C"{
#include "lglib.h"
}
// reusing a lot of @orlp's ideas and code
enum { N = -8, W = -2, E = 2, S = 8 };
static const int encoded_pos[] = {8, 10, 12, 16, 18, 20, 24, 26, 28};
static const int wall_idx[] = {9, 11, 12, 14, 16, 17, 19, 20, 22, 24, 25, 27};
static const int move_offsets[] = { N, E, S, W };
static const uint32_t toppos = 1ull << 8 | 1ull << 10 | 1ull << 12;
static const uint32_t leftpos = 1ull << 8 | 1ull << 16 | 1ull << 24;
static const int unencoded_pos[] = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,2,0,0,0,3,
0,4,0,5,0,0,0,6,0,7,0,8};
int do_move(uint32_t walls, int pos, int move) {
int idx = pos + move / 2;
return walls & (1ull << idx) ? pos + move : pos;
}
struct Maze {
uint32_t walls, reach;
int start;
Maze(uint32_t walls=0, uint32_t reach=0, int start=0):
walls(walls),reach(reach),start(start) {}
bool is_dummy() const {
return (walls==0);
}
std::size_t size() const{
return std::bitset<32>(reach).count();
}
std::size_t simplicity() const{ // how many potential walls aren't there?
return std::bitset<32>(walls).count();
}
};
bool cmp(const Maze& a, const Maze& b){
auto asz = a.size();
auto bsz = b.size();
if (asz>bsz) return true;
if (asz<bsz) return false;
return a.simplicity()<b.simplicity();
}
uint32_t reachable(uint32_t walls) {
static int fill[9];
uint32_t reached = 0;
uint32_t reached_relevant = 0;
for (int start : encoded_pos){
if ((1ull << start) & reached) continue;
uint32_t reached_component = (1ull << start);
fill[0]=start;
int count=1;
for(int i=0; i<count; ++i)
for(int m : move_offsets) {
int newpos = do_move(walls, fill[i], m);
if (reached_component & (1ull << newpos)) continue;
reached_component |= 1ull << newpos;
fill[count++] = newpos;
}
if (count>1){
if (reached_relevant)
return 0; // more than one nonsingular component
if (!(reached_component & toppos) || !(reached_component & leftpos))
return 0; // equivalent to shifted version
if (std::bitset<32>(reached_component).count() <= 4)
return 0;
reached_relevant = reached_component;
}
reached |= reached_component;
}
return reached_relevant;
}
void enterMazes(uint32_t walls, uint32_t reached, std::vector<Maze>& mazes){
int max_deg = 0;
uint32_t ends = 0;
for (int pos : encoded_pos)
if (reached & (1ull << pos)) {
int deg = 0;
for (int m : move_offsets) {
if (pos != do_move(walls, pos, m))
++deg;
}
if (deg == 1)
ends |= 1ull << pos;
max_deg = std::max(deg, max_deg);
}
uint32_t starts = reached;
if (max_deg == 2){
if (std::bitset<32>(reached).count() <= 7)
return; // small paths are redundant
starts = ends; // need only start at extremal points
}
for (int pos : encoded_pos)
if ( starts & (1ull << pos))
mazes.emplace_back(walls, reached, pos);
}
std::vector<Maze> gen_valid_mazes() {
std::vector<Maze> mazes;
for (int maze_id = 0; maze_id < (1 << 12); maze_id++) {
uint32_t walls = 0;
for (int i = 0; i < 12; ++i)
if (maze_id & (1 << i))
walls |= 1ull << wall_idx[i];
uint32_t reached=reachable(walls);
if (!reached) continue;
enterMazes(walls, reached, mazes);
}
std::sort(mazes.begin(),mazes.end(),cmp);
return mazes;
};
bool is_solution(const std::vector<int>& moves, Maze& maze) {
int pos = maze.start;
uint32_t reached = 1ull << pos;
for (auto move : moves) {
pos = do_move(maze.walls, pos, move);
reached |= 1ull << pos;
if (reached == maze.reach) return true;
}
return false;
}
std::vector<int> str_to_moves(std::string str) {
std::vector<int> moves;
for (auto c : str) {
switch (c) {
case 'N': moves.push_back(N); break;
case 'E': moves.push_back(E); break;
case 'S': moves.push_back(S); break;
case 'W': moves.push_back(W); break;
}
}
return moves;
}
Maze unsolved(const std::vector<int>& moves, std::vector<Maze>& mazes) {
int unsolved_count = 0;
Maze problem{};
for (Maze m : mazes)
if (!is_solution(moves, m))
if(!(unsolved_count++))
problem=m;
if (unsolved_count)
std::cout << "unsolved: " << unsolved_count << "\n";
return problem;
}
LGL * lgl;
constexpr int TRUELIT = std::numeric_limits<int>::max();
constexpr int FALSELIT = -TRUELIT;
int new_var(){
static int next_var = 1;
assert(next_var<TRUELIT);
return next_var++;
}
bool lit_is_true(int lit){
int abslit = lit>0 ? lit : -lit;
bool res = (abslit==TRUELIT) || (lglderef(lgl,abslit)>0);
return lit>0 ? res : !res;
}
void unsat(){
std::cout << "Unsatisfiable!\n";
std::exit(1);
}
void clause(const std::set<int>& lits){
if (lits.find(TRUELIT) != lits.end())
return;
for (int lit : lits)
if (lits.find(-lit) != lits.end())
return;
int found=0;
for (int lit : lits)
if (lit != FALSELIT){
lgladd(lgl, lit);
found=1;
}
lgladd(lgl, 0);
if (!found)
unsat();
}
void at_most_one(const std::set<int>& lits){
if (lits.size()<2)
return;
for(auto it1=lits.cbegin(); it1!=lits.cend(); ++it1){
auto it2=it1;
++it2;
for( ; it2!=lits.cend(); ++it2)
clause( {- *it1, - *it2} );
}
}
/* Usually, lit_op(lits,sgn) creates a new variable which it returns,
and adds clauses that ensure that the variable is equivalent to the
disjunction (if sgn==1) or the conjunction (if sgn==-1) of the literals
in lits. However, if this disjunction or conjunction is constant True
or False or simplifies to a single literal, that is returned without
creating a new variable and without adding clauses. */
int lit_op(std::set<int> lits, int sgn){
if (lits.find(sgn*TRUELIT) != lits.end())
return sgn*TRUELIT;
lits.erase(sgn*FALSELIT);
if (!lits.size())
return sgn*FALSELIT;
if (lits.size()==1)
return *lits.begin();
int res=new_var();
for(int lit : lits)
clause({sgn*res,-sgn*lit});
for(int lit : lits)
lgladd(lgl,sgn*lit);
lgladd(lgl,-sgn*res);
lgladd(lgl,0);
return res;
}
int lit_or(std::set<int> lits){
return lit_op(lits,1);
}
int lit_and(std::set<int> lits){
return lit_op(lits,-1);
}
using A4 = std::array<int,4>;
void add_maze_conditions(Maze m, std::vector<A4> dirs, int len){
int mp[9][2];
int rp[9];
for(int p=0; p<9; ++p)
if((1ull << encoded_pos[p]) & m.reach)
rp[p] = mp[p][0] = encoded_pos[p]==m.start ? TRUELIT : FALSELIT;
int t=0;
for(int i=0; i<len; ++i){
std::set<int> posn {};
for(int p=0; p<9; ++p){
int ep = encoded_pos[p];
if((1ull << ep) & m.reach){
std::set<int> reach_pos {};
for(int d=0; d<4; ++d){
int np = do_move(m.walls, ep, move_offsets[d]);
reach_pos.insert( lit_and({mp[unencoded_pos[np]][t],
dirs[i][d ^ ((np==ep)?0:2)] }));
}
int pl = lit_or(reach_pos);
mp[p][!t] = pl;
rp[p] = lit_or({rp[p], pl});
posn.insert(pl);
}
}
at_most_one(posn);
t=!t;
}
for(int p=0; p<9; ++p)
if((1ull << encoded_pos[p]) & m.reach)
clause({rp[p]});
}
void usage(char* argv0){
std::cout << "usage: " << argv0 <<
" <string>\n where <string> consists of 'N', 'E', 'S', 'W' and '*'.\n" ;
std::exit(2);
}
const std::string nesw{"NESW"};
int main(int argc, char** argv) {
if (argc!=2)
usage(argv[0]);
std::vector<Maze> mazes = gen_valid_mazes();
std::cout << "Mazes with start positions: " << mazes.size() << "\n" ;
lgl = lglinit();
int len = std::strlen(argv[1]);
std::cout << argv[1] << "\n with length " << len << "\n";
std::vector<A4> dirs;
for(int i=0; i<len; ++i){
switch(argv[1][i]){
case 'N':
dirs.emplace_back(A4{TRUELIT,FALSELIT,FALSELIT,FALSELIT});
break;
case 'E':
dirs.emplace_back(A4{FALSELIT,TRUELIT,FALSELIT,FALSELIT});
break;
case 'S':
dirs.emplace_back(A4{FALSELIT,FALSELIT,TRUELIT,FALSELIT});
break;
case 'W':
dirs.emplace_back(A4{FALSELIT,FALSELIT,FALSELIT,TRUELIT});
break;
case '*': {
dirs.emplace_back();
std::generate_n(dirs[i].begin(),4,new_var);
std::set<int> dirs_here { dirs[i].begin(), dirs[i].end() };
at_most_one(dirs_here);
clause(dirs_here);
for(int l : dirs_here)
lglfreeze(lgl,l);
break;
}
default:
usage(argv[0]);
}
}
int maze_nr=0;
for(;;) {
std::cout << "Solving...\n";
int res=lglsat(lgl);
if(res==LGL_UNSATISFIABLE)
unsat();
assert(res==LGL_SATISFIABLE);
std::string sol(len,' ');
for(int i=0; i<len; ++i)
for(int d=0; d<4; ++d)
if (lit_is_true(dirs[i][d])){
sol[i]=nesw[d];
break;
}
std::cout << sol << "\n";
Maze m=unsolved(str_to_moves(sol),mazes);
if (m.is_dummy()){
std::cout << "That solves all!\n";
return 0;
}
std::cout << "Adding maze " << ++maze_nr << ": " <<
m.walls << "/" << m.start <<
" (" << m.size() << "/" << 12-m.simplicity() << ")\n";
add_maze_conditions(m,dirs,len);
}
}
最初configure.sh
とソルバーは、その後のようなものを使用してプログラムをコンパイルする
場合は、パスところですRESPが。ですので、例えば両方がである可能性があります
。または、同じディレクトリにそれらを置き、オプションなしで行います。make
lingeling
g++ -std=c++11 -O3 -I ... -o m3sat m3sat.cc -L ... -llgl
...
lglib.h
liblgl.a
../lingeling-<version>
-I
-L
プログラムは、1つの必須コマンドライン引数を取る文字列は、以下からなるN
、E
、S
、W
(固定された方向)または*
。したがって、78 *
の文字列(引用符で囲む)を指定してサイズ78の一般的なソリューションを検索するかNEWS
、使用NEWS
して*
から追加のステップに必要な数のsが続くソリューションを検索できます。最初のテストとして、お気に入りのソリューションを使用して、文字の一部をに置き換えます*
。これにより、驚くほど高い「一部」の値に対する解決策が迅速に見つかります。
プログラムは、壁の構造と開始位置によって記述される迷路を追加し、到達可能な位置と壁の数も示します。迷路はこれらの基準でソートされ、最初の未解決のものが追加されます。したがって、ほとんどの追加された迷路には(9/4)
がありますが、時には他の迷路も表示されます。
長さ79の既知の解決策を採用し、隣接する26文字の各グループについて、それらを25文字に置き換えようとしました。また、先頭と末尾から13文字を削除し、先頭の任意の13文字と末尾の任意の12文字に置き換えました。逆も同様です。残念ながら、それはすべて不満足な結果となりました。それで、長さ79が最適であることの指標としてこれをとることができますか?いいえ、同様に長さ80のソリューションを長さ79に改善しようとしましたが、これも成功しませんでした。
最後に、1つのソリューションの開始と他のソリューションの終了を組み合わせてみました。また、1つのソリューションを対称性の1つによって変換しました。今、私は面白いアイデアを使い果たしているので、新しいソリューションにつながらなかったとしても、私が持っているものを紹介することにしました。