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13-04 Yyダブルデッカー

問題

小谷善行さんのYyダブルデッカーを解きます。



Y型の赤いピース5個である形を作り、
y型の黒いピース6個でも同じ形を作ります。


ソース

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

class Program
{
    const int UB_X = 3 * 5 * 2 - 1; //赤のピース5個をX軸の中央から置ける分
    const int UB_Y = 3 * 5 - 1; //赤のピース5個を一番上から置ける分

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

    static char[] PieceNameArr = { '黒', '赤' };

    struct JyoutaiDef
    {
        internal int Level;
        internal char[,] BanArr;
        internal int CurrX;
        internal int CurrY;
    }

    static System.Diagnostics.Stopwatch sw = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();

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

        var stk = new Stack<JyoutaiDef>();
        JyoutaiDef WillPush;

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

        //ピースを配置する経路のPush処理
        foreach (bool[,] AnyPieceMap in HaitiKouhoList) {
            WillPush.Level = 1;

            WillPush.BanArr = new char[UB_X + 1, UB_Y + 1];
            for (int X = 0; X <= UB_X; X++)
                for (int Y = 0; Y <= UB_Y; Y++)
                    WillPush.BanArr[X, Y] = ' ';

            WillPush.CurrX = UB_X / 2;
            WillPush.CurrY = 0;

            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[X, Y] = DecToStr(WillPush.Level);
                }
            }
            stk.Push(WillPush);
        }

        int HaitiCnt = 0;

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

            //レベル判定
            if (Popped.Level == 5) {
                HaitiCnt++;
                if (HaitiCnt % 500000 == 1)
                    Console.WriteLine("赤ピースの配置{0}を検証中。経過時間={1}", HaitiCnt, sw.Elapsed);
                SetBlackPiece(ArrSyukusyou(Popped.BanArr));
                continue;
            }

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

                //ピースが配置されない行だったら枝切り
                bool HasPiece = false;
                for (int X = 0; X <= UB_X; X++) {
                    if (Popped.BanArr[X, Popped.CurrY - 1] != ' ') HasPiece = true;
                }
                if (HasPiece == false) continue;
            }

            //最終行の2行前を超えた場合(必ずY軸方向の長さが3なので)
            if (Popped.CurrY > UB_Y - 2) continue;

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

            //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.Level = Popped.Level + 1;
                WillPush.BanArr = (char[,])Popped.BanArr.Clone();
                WillPush.CurrX = Popped.CurrX + 1;
                WillPush.CurrY = Popped.CurrY;

                //配置済ピースに隣接していたら配置可
                bool wkIsRinsetu = false;

                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] = DecToStr(WillPush.Level);

                        if (IsRinsetu(Popped.CurrX + X, Popped.CurrY + Y, Popped.BanArr))
                            wkIsRinsetu = true;
                    }
                }
                if (wkIsRinsetu) stk.Push(WillPush);
            }

            //ピースを配置しない経路のPush
            WillPush.Level = Popped.Level;
            WillPush.BanArr = Popped.BanArr;
            WillPush.CurrX = Popped.CurrX + 1;
            WillPush.CurrY = Popped.CurrY;
            stk.Push(WillPush);
        }
    }

    //2次元配列の使用してない部分を縮小して返す
    static char[,] ArrSyukusyou(char[,] pTargetArr)
    {
        int XMin = pTargetArr.GetUpperBound(0), YMin = pTargetArr.GetUpperBound(1);
        int XMax = 0, YMax = 0;

        for (int X = 0; X <= pTargetArr.GetUpperBound(0); X++) {
            for (int Y = 0; Y <= pTargetArr.GetUpperBound(1); Y++) {
                if (pTargetArr[X, Y] == ' ') continue;
                if (XMin > X) XMin = X;
                if (YMin > Y) YMin = Y;
                if (XMax < X) XMax = X;
                if (YMax < Y) YMax = Y;
            }
        }

        char[,] WillReturnArr = new char[XMax - XMin + 1, YMax - YMin + 1];
        for (int X = 0; X <= WillReturnArr.GetUpperBound(0); X++) {
            for (int Y = 0; Y <= WillReturnArr.GetUpperBound(1); Y++) {
                WillReturnArr[X, Y] = pTargetArr[XMin + X, YMin + Y];
            }
        }

        return WillReturnArr;
    }

    static int AnswerCnt = 0;

    //黒ピースが配置できるかを検証
    static void SetBlackPiece(char[,] pBanArr)
    {
        int UB_X = pBanArr.GetUpperBound(0);
        int UB_Y = pBanArr.GetUpperBound(1);

        var stk = new Stack<JyoutaiDef>();
        JyoutaiDef WillPush;

        WillPush.Level = 0;
        WillPush.BanArr = new char[UB_X + 1, UB_Y + 1];
        for (int X = 0; X <= UB_X; X++)
            for (int Y = 0; Y <= UB_Y; Y++) {
                char wkChar = pBanArr[X, Y];
                if (wkChar == ' ') WillPush.BanArr[X, Y] = ' ';
                else WillPush.BanArr[X, Y] = '?';
            }
        WillPush.CurrX = WillPush.CurrY = 0;
        stk.Push(WillPush);

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

            //クリア判定
            if (Popped.BanArr.Cast<char>().All(X => X != '?')) {
                Console.WriteLine("解{0}を発見。経過時間={1}", ++AnswerCnt, sw.Elapsed);
                Console.WriteLine("赤ピースの配置");
                PrintAnswer(pBanArr);
                Console.WriteLine("黒ピースの配置");
                PrintAnswer(Popped.BanArr);
                continue;
            }

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

            //最終行の1行前を超えた場合(必ずY軸方向の長さが2以上なので)
            if (Popped.CurrY > UB_Y - 1) continue;

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

            //現在のマス目が空きマスの場合は、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.Level = Popped.Level + 1;
                WillPush.BanArr = (char[,])Popped.BanArr.Clone();
                WillPush.CurrX = Popped.CurrX + 1;
                WillPush.CurrY = Popped.CurrY;

                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] = DecToStr(WillPush.Level);
                    }
                }
                stk.Push(WillPush);
            }

            //現在のマス目が空きマスでない場合は、ピースを配置しない経路のPush
            if (Popped.BanArr[Popped.CurrX, Popped.CurrY] != '?') {
                WillPush.Level = Popped.Level;
                WillPush.BanArr = Popped.BanArr;
                WillPush.CurrX = Popped.CurrX + 1;
                WillPush.CurrY = Popped.CurrY;
                stk.Push(WillPush);
            }
        }
    }

    //10進数をchar型に変換
    static char DecToStr(int pInt)
    {
        if (pInt < 10) return (char)((int)'1' + pInt - 1);
        return (char)((int)'A' + pInt - 10);
    }

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

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

        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
        // ■
        // ■
        //■■

        //5個目は1個目とX軸で線対称
        //■■■
        //■

        //6個目は5個目を時計回りに90度回転
        //■■
        // ■
        // ■

        //7個目は6個目を時計回りに90度回転
        //  ■
        //■■■

        //8個目は7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 <= 8; I++) KaitenArrList.Add(null);
        for (int P = 0; P <= 6; P += 2) KaitenArrList[P] = new bool[BaseArrUB_X + 1, BaseArrUB_Y + 1];
        for (int P = 1; P <= 7; P += 2) KaitenArrList[P] = 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;

                KaitenArrList[4][X, BaseArrUB_Y - Y] = SetVal;
                KaitenArrList[5][BaseArrUB_Y - Y, BaseArrUB_X - X] = SetVal;
                KaitenArrList[6][BaseArrUB_X - X, Y] = SetVal;
                KaitenArrList[7][Y, X] = SetVal;
            }
        }

        //Distinctする
        for (int I = KaitenArrList.Count - 1; 0 <= I; I--) {
            for (int J = 0; J <= I - 1; J++) {
                if (KaitenArrList[I].GetUpperBound(0) !=
                    KaitenArrList[J].GetUpperBound(0)) continue;
                if (KaitenArrList[I].GetUpperBound(1) !=
                    KaitenArrList[J].GetUpperBound(1)) continue;

                IEnumerable<bool> wkEnum1 = KaitenArrList[I].Cast<bool>();
                IEnumerable<bool> wkEnum2 = KaitenArrList[J].Cast<bool>();
                if (wkEnum1.SequenceEqual(wkEnum2) == false) continue;

                KaitenArrList.RemoveAt(I);
                break;
            }
        }
        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, char pCharSpace)
    {
        for (int X = 0; X <= pPieceMap.GetUpperBound(0); X++) {
            if (pTargetX + X > pBanArr.GetUpperBound(0)) return false;
            for (int Y = 0; Y <= pPieceMap.GetUpperBound(1); Y++) {
                if (pTargetY + Y > pBanArr.GetUpperBound(1)) return false;
                if (pPieceMap[X, Y] && pBanArr[pTargetX + X, pTargetY + Y] != pCharSpace)
                    return false;
            }
        }
        return true;
    }

    //配置済ピースに隣接しているか
    static bool IsRinsetu(int pTargetX, int pTargetY, char[,] pBanArr)
    {
        if (pTargetX + 1 <= UB_X && pBanArr[pTargetX + 1, pTargetY] != ' ') return true;
        if (0 <= pTargetX - 1 && pBanArr[pTargetX - 1, pTargetY] != ' ') return true;
        if (pTargetY + 1 <= UB_Y && pBanArr[pTargetX, pTargetY + 1] != ' ') return true;
        if (0 <= pTargetY - 1 && pBanArr[pTargetX, pTargetY - 1] != ' ') return true;
        return false;
    }

    //解を出力
    static void PrintAnswer(char[,] pBanArr)
    {
        var sb = new System.Text.StringBuilder();
        for (int Y = 0; Y <= pBanArr.GetUpperBound(1); Y++) {
            for (int X = 0; X <= pBanArr.GetUpperBound(0); X++) {
                sb.Append(pBanArr[X, Y]);
            }
            sb.AppendLine();
        }
        Console.WriteLine(sb.ToString());
    }
}


実行結果

省略
解8を発見。経過時間=00:00:43.0064768
赤ピースの配置
1 1
111
212
222
 23  4455
 3334455
 3 3 4455

黒ピースの配置
1 2
112
122
132
 33  4444
 3555564
 3 5 6666

赤ピースの配置500001を検証中。経過時間=00:01:52.3843440
赤ピースの配置1000001を検証中。経過時間=00:03:35.6161355
赤ピースの配置1500001を検証中。経過時間=00:05:48.6653172


解説

最初に、赤ピース同士を配置済ピースと隣接させながら配置させてます。
赤ピース同士を隣接させない解が存在するなら、
対応して赤ピース同士を隣接させる解が存在するからです。
次に、赤ピースの配置箇所を黒ピースで配置可能かをチェックしてます。

赤ピースの敷き詰めロジックにおいては、
いずれの解も、一番上で最も左の赤ピースは、

■■  ■ ■  ■■  ■
 ■■ ■■■ ■■  ■■■
■■   ■   ■■ ■ ■
の4通りです。

敷き詰めロジックとして、
X座標をインクリメントしていって、
X座標がUBを超えたら、Y座標をインクリメントして、
X座標を0にしているので、上記の4つとも、別扱いとしてます。

また、左右に5ピースを配置できるように、
UB_Xを(3*5)*2-1としてます。
3*5は、幅3のピースが5個あるからで、
*2は、X軸の中央から配置するからです。