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Cマガ電脳クラブ(第032回) Lパズル

問題

Fig.1の右にある、12枚のL字の板を上の正方形に詰めてほしい。
各ピースは回転してもかまわないが、裏返しは禁止である。何通りの詰め方があるだろうか。
もちろん、全体を回転したものは別の解とはしない。

Fig.1 Lパズル


ソース

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

class Program
{
    const int UB = 7 - 1;

    //ピースごとの配置候補
    static Dictionary<char, List<bool[,]>> HaitiKouhoListDict =
        new Dictionary<char, List<bool[,]>>();

    static char[] PieceNameArr = { 'A', 'B', 'C', 'D', 'E',
                                   'F', 'G', 'H', 'I', 'J',
                                   'K', 'L'};
    struct JyoutaiDef
    {
        internal char[,] BanArr;
        internal int CurrX;
        internal int CurrY;
        internal int PieceCnt;
    }

    static void Main()
    {
        var sw = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();

        foreach (char AnyPiece in PieceNameArr) {
            HaitiKouhoListDict[AnyPiece] = DeriveHaitiKouhoList(AnyPiece);
        }

        //回転解を除外(ピースKは回転させない)
        HaitiKouhoListDict['K'].RemoveRange(1, HaitiKouhoListDict['K'].Count - 1);

        var stk = new Stack<JyoutaiDef>();
        JyoutaiDef WillPush;
        WillPush.BanArr = new char[UB + 1, UB + 1];
        for (int X = 0; X <= UB; X++)
            for (int Y = 0; Y <= UB; Y++)
                WillPush.BanArr[X, Y] = '*';

        WillPush.CurrX = WillPush.CurrY = 0;
        WillPush.PieceCnt = 0;
        stk.Push(WillPush);

        int AnwserCnt = 0;

        while (stk.Count > 0) {
            JyoutaiDef Popped = stk.Pop();

            //クリア判定
            if (Popped.PieceCnt == 12) {
                Console.WriteLine("解{0}を発見。経過時間={1}", ++AnwserCnt, sw.Elapsed);
                PrintAnswer(Popped.BanArr);
                continue;
            }

            //X座標の繰上げ処理
            if (Popped.CurrX > UB) {
                Popped.CurrX = 0;
                Popped.CurrY++;
            }

            //最終行を超えた場合
            if (Popped.CurrY > UB) continue;

            //使用済のピース名の列挙インターフェース
            IEnumerable<char> UsedPieceEnum = Popped.BanArr.Cast<char>().Where(X => X != '*').Distinct();
            char[] UsedPieceArr = UsedPieceEnum.ToArray();

            foreach (char AnyPiece in PieceNameArr) {
                if (Array.IndexOf(UsedPieceArr, AnyPiece) >= 0) continue;

                //BからJでは、最小の文字を優先して使う
                bool IsMinChar = true;
                if ('B' <= AnyPiece && AnyPiece <= 'J') {
                    for (char wkChar = 'A'; wkChar < AnyPiece; wkChar++) {
                        if (UsedPieceEnum.Contains(wkChar) == false) {
                            IsMinChar = false;
                            break;
                        }
                    }
                }
                if (IsMinChar == false) continue;

                //ピースの配置候補リスト
                List<bool[,]> HaitiKouhoList = new List<bool[,]>();
                HaitiKouhoList.AddRange(HaitiKouhoListDict[AnyPiece]);

                //現在のマス目が空白の場合は、マス目を埋める必要あり
                if (Popped.BanArr[Popped.CurrX, Popped.CurrY] == '*') {
                    HaitiKouhoList.RemoveAll(X => X[0, 0] == false);
                }

                //マス目にピースを埋めれない候補をRemove
                HaitiKouhoList.RemoveAll(X =>
                    CanFillPiece(X, Popped.CurrX, Popped.CurrY, Popped.BanArr) == false);

                //ピースを配置する経路のPush処理
                foreach (bool[,] AnyPieceMap in HaitiKouhoList) {
                    WillPush.BanArr = (char[,])Popped.BanArr.Clone();
                    WillPush.CurrX = Popped.CurrX + 1;
                    WillPush.CurrY = Popped.CurrY;
                    WillPush.PieceCnt = Popped.PieceCnt + 1;

                    for (int X = 0; X <= AnyPieceMap.GetUpperBound(0); X++) {
                        for (int Y = 0; Y <= AnyPieceMap.GetUpperBound(1); Y++) {
                            if (AnyPieceMap[X, Y] == false) continue;
                            WillPush.BanArr[Popped.CurrX + X, Popped.CurrY + Y] = AnyPiece;
                        }
                    }
                    stk.Push(WillPush);
                }
            }
            //現在のマス目が空白でない場合は、ピースを配置しない経路のPush
            if (Popped.BanArr[Popped.CurrX, Popped.CurrY] != '*') {
                WillPush.BanArr = Popped.BanArr;
                WillPush.CurrX = Popped.CurrX + 1;
                WillPush.CurrY = Popped.CurrY;
                WillPush.PieceCnt = Popped.PieceCnt;
                stk.Push(WillPush);
            }
        }
        Console.WriteLine("解は{0}通りです。経過時間={1}", AnwserCnt, sw.Elapsed);
    }

    //ピース名を引数として、回転させた配置のListを返す
    static List<bool[,]> DeriveHaitiKouhoList(char pPieceName)
    {
        bool[,] wkArr = null;

        //■
        //■
        //■■
        if ('A' <= pPieceName && pPieceName <= 'J') {
            wkArr = new bool[2, 3];
            wkArr[0, 0] = true; wkArr[1, 0] = false;
            wkArr[0, 1] = true; wkArr[1, 1] = false;
            wkArr[0, 2] = wkArr[1, 2] = true;
        }

        //■
        //■
        //■
        //■■
        if (pPieceName == 'K') {
            wkArr = new bool[2, 4];
            wkArr[0, 0] = true; wkArr[1, 0] = false;
            wkArr[0, 1] = true; wkArr[1, 1] = false;
            wkArr[0, 2] = true; wkArr[1, 2] = false;
            wkArr[0, 3] = wkArr[1, 3] = true;
        }

        // ■
        // ■
        //■■
        if (pPieceName == 'L') {
            wkArr = new bool[2, 3];
            wkArr[0, 0] = false; wkArr[1, 0] = true;
            wkArr[0, 1] = false; wkArr[1, 1] = true;
            wkArr[0, 2] = wkArr[1, 2] = true;
        }

        return DeriveKaitenArrList(wkArr);
    }

    //配列を引数として、回転させた配列のリストをDistinctして返す
    static List<bool[,]> DeriveKaitenArrList(bool[,] pBaseArr)
    {
        var KaitenArrList = new List<bool[,]>();

        //1個目はそのまま
        //■
        //■
        //■■

        //2個目は1個目を時計回りに90度回転
        //■■■
        //■

        //3個目は2個目を時計回りに90度回転
        //■■
        // ■
        // ■

        //4個目は3個目を時計回りに90度回転
        //  ■
        //■■■

        int BaseArrUB_X = pBaseArr.GetUpperBound(0);
        int BaseArrUB_Y = pBaseArr.GetUpperBound(1);

        for (int I = 1; I <= 4; I++) KaitenArrList.Add(null);

        KaitenArrList[0] = new bool[BaseArrUB_X + 1, BaseArrUB_Y + 1];
        KaitenArrList[2] = new bool[BaseArrUB_X + 1, BaseArrUB_Y + 1];

        KaitenArrList[1] = new bool[BaseArrUB_Y + 1, BaseArrUB_X + 1];
        KaitenArrList[3] = new bool[BaseArrUB_Y + 1, BaseArrUB_X + 1];

        for (int X = 0; X <= BaseArrUB_X; X++) {
            for (int Y = 0; Y <= BaseArrUB_Y; Y++) {
                bool SetVal = pBaseArr[X, Y];
                KaitenArrList[0][X, Y] = SetVal;
                KaitenArrList[1][Y, BaseArrUB_X - X] = SetVal;
                KaitenArrList[2][BaseArrUB_X - X, BaseArrUB_Y - Y] = SetVal;
                KaitenArrList[3][BaseArrUB_Y - Y, X] = SetVal;
            }
        }
        return KaitenArrList;
    }

    //マス目にピースを埋めれるか
    static bool CanFillPiece(bool[,] pPieceMap, int pTargetX, int pTargetY, char[,] pBanArr)
    {
        if (pTargetX + pPieceMap.GetUpperBound(0) > UB) return false;
        if (pTargetY + pPieceMap.GetUpperBound(1) > UB) return false;

        for (int X = 0; X <= pPieceMap.GetUpperBound(0); X++) {
            for (int Y = 0; Y <= pPieceMap.GetUpperBound(1); Y++) {
                if (pPieceMap[X, Y] && pBanArr[pTargetX + X, pTargetY + Y] != '*')
                    return false;
            }
        }
        return true;
    }

    //解を出力
    static void PrintAnswer(char[,] pBanArr)
    {
        var sb = new System.Text.StringBuilder();
        for (int Y = 0; Y <= UB; Y++) {
            for (int X = 0; X <= UB; X++) {
                sb.Append(pBanArr[X, Y]);
            }
            sb.AppendLine();
        }
        Console.WriteLine(sb.ToString());
    }
}


実行結果

解1を発見。経過時間=00:00:00.1810135
LLABBBC
LKABCCC
LKAADEE
FKDDDGE
FKKGGGE
FFHIIIJ
HHHIJJJ

解は1通りです。経過時間=00:00:05.5117865


解説

15-02 プラパズル ペントミノ 8×8のソースをベースにして使ってます。