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23-02 夏夜の思ひ出

問題

ハナヤマの夏夜の思ひ出を解きます。



7個のピースを敷き詰めるパズル。
7個のピースのうち、6個のピースには、花火が1つずつ描かれてます。
敷き詰めるだけなら簡単ですが、
花火の数を、列ごとに指定された数にしなければいけません。

7個のピースは、下記となります。◎が花火です。
各ピースは、回転は可ですが、裏返しは不可です。

◎■■ ■■■
■     ◎

■◎ ■◎
 ■ ■

◎       ■
■■■■ ■■■◎

■■
■■
■■

Q1 花火の数が左から、0,3,1,1,1,0
Q2 花火の数が左から、2,0,2,0,2,0
Q3 花火の数が左から、1,1,1,1,1,1
Q4 花火の数が左から、1,0,3,0,2,0
Q5 花火の数が左から、2,2,0,1,1,0


ソース

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

class Program
{
    const char SP = ' '; //全角空白

    const int UB_X = 6 - 1;
    const int UB_Y = 5 - 1;

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

    static char[] PieceNameArr = { '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7' };

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

    static int[] QuestionArr;

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

        int[] Q1Arr = { 0, 3, 1, 1, 1, 0 };
        int[] Q2Arr = { 2, 0, 2, 0, 2, 0 };
        int[] Q3Arr = { 1, 1, 1, 1, 1, 1 };
        int[] Q4Arr = { 1, 0, 3, 0, 2, 0 };
        int[] Q5Arr = { 2, 2, 0, 1, 1, 0 };
        QuestionArr = Q1Arr;

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

        var stk = new Stack<JyoutaiDef>();
        JyoutaiDef WillPush;
        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] = SP;
        WillPush.CurrX = WillPush.CurrY = 0;
        stk.Push(WillPush);

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

            //クリア判定
            if (IsClear(Popped.BanArr)) {
                Console.WriteLine("解を発見。経過時間={0}", sw.Elapsed);
                PrintAnswer(Popped.BanArr);
                return;
            }

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

                //指定列の花火の数をチェック
                if (IsOKHanabiCnt(Popped.BanArr, Popped.CurrX - 1) == false)
                    continue;
            }

            //最終列の1列前を超えた場合(必ずX軸方向の長さが2以上なので)
            if (Popped.CurrX > UB_X - 1) continue;

            //使用済のピース名の配列
            char[] UsedPieceArr = Popped.BanArr.Cast<char>().Distinct().ToArray();

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

                //対称解の除外で、ピース7は、上半分に配置する
                if (AnyPiece == '7' && Popped.CurrY >= 2)
                    continue;

                //ピースの配置候補リスト
                List<char[,]> HaitiKouhoList = new List<char[,]>();
                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] == SP) {
                    HaitiKouhoList.RemoveAll(X => X[0, 0] == SP);
                }

                //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 (char[,] AnyPieceMap in HaitiKouhoList) {
                    WillPush.BanArr = (char[,])Popped.BanArr.Clone();
                    WillPush.CurrX = Popped.CurrX;
                    WillPush.CurrY = Popped.CurrY + 1;

                    //花火の配置数が0の列だったら、花火を配置しない
                    bool WillEdairi = false;
                    for (int X = 0; X <= AnyPieceMap.GetUpperBound(0); X++) {
                        for (int Y = 0; Y <= AnyPieceMap.GetUpperBound(1); Y++) {
                            if (AnyPieceMap[X, Y] == SP) continue;
                            if (AnyPieceMap[X, Y] == '◎') {
                                WillPush.BanArr[Popped.CurrX + X, Popped.CurrY + Y] = '◎';
                                if (QuestionArr[Popped.CurrX + X] == 0) {
                                    WillEdairi = true;
                                    break;
                                }
                            }
                            if (AnyPieceMap[X, Y] == '■')
                                WillPush.BanArr[Popped.CurrX + X, Popped.CurrY + Y] = AnyPiece;
                        }
                        if (WillEdairi) break;
                    }
                    if (WillEdairi == false) 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] != SP) {
                WillPush.BanArr = Popped.BanArr;
                WillPush.CurrX = Popped.CurrX;
                WillPush.CurrY = Popped.CurrY + 1;
                stk.Push(WillPush);
            }
        }
    }

    //指定列の花火の数をチェック
    static bool IsOKHanabiCnt(char[,] pBanArr, int pX)
    {
        int Cnt = 0;
        for (int Y = 0; Y <= UB_Y; Y++) {
            if (pBanArr[pX, Y] == '◎') Cnt++;
        }
        return QuestionArr[pX] == Cnt;
    }

    //クリア判定
    static bool IsClear(char[,] pBanArr)
    {
        //全列の花火の数の配列
        int[] CntArr = new int[UB_X + 1];

        for (int X = 0; X <= UB_X; X++) {
            for (int Y = 0; Y <= UB_Y; Y++) {
                //空白を含んでいないこと
                if (pBanArr[X, Y] == SP) return false;

                if (pBanArr[X, Y] == '◎')
                    CntArr[X]++;
            }
        }

        return CntArr.SequenceEqual(QuestionArr);
    }

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

        //◎■■
        //■
        if (pPieceName == '1') {
            wkArr = new char[3, 2];
            wkArr[0, 0] = '◎'; wkArr[1, 0] = wkArr[2, 0] = '■';
            wkArr[0, 1] = '■'; wkArr[1, 1] = wkArr[2, 1] = SP;
        }


        //■■■
        //  ◎
        if (pPieceName == '2') {
            wkArr = new char[3, 2];
            wkArr[0, 0] = wkArr[1, 0] = wkArr[2, 0] = '■';
            wkArr[0, 1] = wkArr[1, 1] = SP; wkArr[2, 1] = '◎';
        }

        //■◎
        // ■
        if (pPieceName == '3') {
            wkArr = new char[2, 2];
            wkArr[0, 0] = '■'; wkArr[1, 0] = '◎';
            wkArr[0, 1] = SP; wkArr[1, 1] = '■';
        }

        //■◎
        //■
        if (pPieceName == '4') {
            wkArr = new char[2, 2];
            wkArr[0, 0] = '■'; wkArr[1, 0] = '◎';
            wkArr[0, 1] = '■'; wkArr[1, 1] = SP;
        }

        //◎
        //■■■■
        if (pPieceName == '5') {
            wkArr = new char[4, 2];
            wkArr[0, 0] = '◎'; wkArr[1, 0] = wkArr[2, 0] = wkArr[3, 0] = SP;
            wkArr[0, 1] = wkArr[1, 1] = wkArr[2, 1] = wkArr[3, 1] = '■';
        }

        //   ■
        //■■■◎
        if (pPieceName == '6') {
            wkArr = new char[4, 2];
            wkArr[0, 0] = wkArr[1, 0] = wkArr[2, 0] = SP; wkArr[3, 0] = '■';
            wkArr[0, 1] = wkArr[1, 1] = wkArr[2, 1] = '■'; wkArr[3, 1] = '◎';
        }

        //■■
        //■■
        //■■
        if (pPieceName == '7') {
            wkArr = new char[2, 3];
            wkArr[0, 0] = wkArr[1, 0] = '■';
            wkArr[0, 1] = wkArr[1, 1] = '■';
            wkArr[0, 2] = wkArr[1, 2] = '■';
        }

        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<char[,]> DeriveKaitenArrList(char[,] pBaseArr)
    {
        var KaitenArrList = new List<char[,]>();
        int BaseArrUB_X = pBaseArr.GetUpperBound(0);
        int BaseArrUB_Y = pBaseArr.GetUpperBound(1);

        for (int I = 1; I <= 4; I++) KaitenArrList.Add(null);
        for (int P = 0; P <= 2; P += 2) KaitenArrList[P] = new char[BaseArrUB_X + 1, BaseArrUB_Y + 1];
        for (int P = 1; P <= 3; P += 2) KaitenArrList[P] = new char[BaseArrUB_Y + 1, BaseArrUB_X + 1];

        for (int X = 0; X <= BaseArrUB_X; X++) {
            for (int Y = 0; Y <= BaseArrUB_Y; Y++) {
                char 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;
            }
        }

        //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<char> wkEnum1 = KaitenArrList[I].Cast<char>();
                IEnumerable<char> wkEnum2 = KaitenArrList[J].Cast<char>();
                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(char[,] pPieceMap, int pTargetX, int pTargetY, char[,] pBanArr)
    {
        if (pTargetX + pPieceMap.GetUpperBound(0) > UB_X) return false;
        if (pTargetY + pPieceMap.GetUpperBound(1) > UB_Y) return false;

        for (int X = 0; X <= pPieceMap.GetUpperBound(0); X++) {
            for (int Y = 0; Y <= pPieceMap.GetUpperBound(1); Y++) {
                if (pPieceMap[X, Y] != SP && pBanArr[pTargetX + X, pTargetY + Y] != SP)
                    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; Y++) {
            for (int X = 0; X <= UB_X; X++) {
                sb.Append(pBanArr[X, Y]);
            }
            sb.AppendLine();
        }
        Console.WriteLine(sb.ToString());
    }
}


実行結果

解を発見。経過時間=00:00:00.1358563
5◎4777
5◎4777
5◎6662
561◎32
11◎3◎2


解説

Y方向優先でピースを敷き詰めていって
X座標をインクリメントするタイミングで
花火の数を満たさない経路を枝切りしてます。