熄灯 - 寻找最差的初始状态

2024-03-24

我有一个围绕一个小游戏的任务,叫做熄灯 https://en.wikipedia.org/wiki/Lights_Out_(game).


Game

该游戏由尺寸为 3x3 的棋盘组成,其中每个单元格可以为 1 或 0,例如:

0 1 0
1 1 0
0 0 0

当所有单元格都为 1 时,据说游戏已解决,因此:

1 1 1
1 1 1
1 1 1

并且每次用户都可以单击任何单元格,该单元格将翻转其状态以及左、右、上、下邻居的状态(如果存在)。因此,单击第一个示例板中间的单元格将产生:

0 0 0
0 0 1
0 1 0

Task

现在我必须找到游戏中可能最差的初始棋盘,并计算出如果发挥最佳效果,需要多少回合才能达到解决状态。


Attempt

我尝试编写一个递归求解器,在给定初始棋盘的情况下,它可以找到解决游戏的最佳回合顺序。之后我想给它提供所有可能的初始板。

然而,递归会遇到堆栈溢出。所以我可能必须以迭代的方式重写它。我怎样才能做到这一点?

这是代码,作为最小的完整示例:

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;
import java.util.StringJoiner;
import java.util.stream.Collectors;
 
public class GameTest {
    public static void main(String[] args) {
        boolean[][] board = {
            {false, false, false},
            {false, true, false},
            {false, false, false}
        };
        List<GameState> solutionPath = GameSolver.solve(board);
 
        printSolutionPath(solutionPath);
    }
 
    private static void printSolutionPath(List<GameState> solutionPath) {
        System.out.printf("Solution path uses %d turns%n", solutionPath.get(solutionPath.size() - 1).getTurns());
        String turnProgression = solutionPath.stream()
            .map(state -> String.format("[%d|%d]", state.getX(), state.getY()))
            .collect(Collectors.joining(" -> "));
        System.out.println("Turns are: " + turnProgression);
        System.out.println("Board progression is:");
        for (GameState state : solutionPath) {
            System.out.println(state.boardToString());
            System.out.println("-----");
        }
    }
 
    private static class GameSolver {
        public static List<GameState> solve(boolean[][] initialBoard) {
            GameState state = new GameState(initialBoard);
            return solve(state);
        }
 
        public static List<GameState> solve(GameState state) {
            // Base case
            if (state.isSolved()) {
                return List.of(state);
            }
 
            // Explore all other solutions
            List<List<GameState>> solutionPaths = new ArrayList<>();
 
            boolean[][] board = state.getBoard();
            for (int x = 0; x < board.length; x++) {
                for (int y = 0; y < board[x].length; y++) {
                    solutionPaths.add(solve(new GameState(state, x, y)));
                }
            }
 
            List<GameState> bestSolutionPath = Collections.min(solutionPaths, Comparator.comparingInt(solutionPath -> solutionPath.get(solutionPath.size() - 1).getTurns()));
            bestSolutionPath.add(state);
            return bestSolutionPath;
        }
    }
 
    private static class GameState {
        private boolean[][] board;
        private int turns;
        private int x;
        private int y;
 
        public GameState(boolean[][] board) {
            this.board = board;
            turns = 0;
            x = -1;
            y = -1;
        }
 
        public GameState(GameState before, int x, int y) {
            board = before.board;
            click(x, y);
            turns++;
            this.x = x;
            this.y = y;
        }
 
        public boolean isSolved() {
            for (boolean[] row : board) {
                for (boolean state : row) {
                    if (!state) {
                        return false;
                    }
                }
            }
            return true;
        }
 
        public int getTurns() {
            return turns;
        }
 
        public boolean[][] getBoard() {
            return board;
        }
 
        public int getX() {
            return x;
        }
 
        public int getY() {
            return y;
        }
 
        public String boardToString() {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            for (int x = 0; x < board.length; x++) {
                StringJoiner row = new StringJoiner(" ");
                for (int y = 0; y < board[x].length; y++) {
                    row.add(board[x][y] ? "1" : "0");
                }
                sb.append(row);
            }
            return sb.toString();
        }
 
        private void click(int centerX, int centerY) {
            toggle(centerX, centerY);
 
            toggle(centerX, centerY - 1);
            toggle(centerX, centerY + 1);
 
            toggle(centerX - 1, centerY);
            toggle(centerX + 1, centerY);
        }
 
        private void toggle(int x, int y) {
            if (x < 0 || y < 0 || x >= board.length || y >= board[x].length) {
                return;
            }
 
            board[x][y] = !board[x][y];
        }
    }
}

算法

如果可能的话,我也会对纯数学论证感兴趣,这些论证可以解决或证明这个问题,而无需编写通过尝试来解决它的代码。


通过观察这些动作可以简化“熄灯”问题可交换的 https://en.wikipedia.org/wiki/Commutative_property,即,如果您翻转以一组特定单元格为中心的加号形状,那么翻转它们的顺序并不重要。因此不需要通过图形的实际有序路径。我们还可以观察到,每个移动都是自逆的,因此没有解决方案需要多次进行相同的移动,并且如果一组移动m是一个位置的解决方案p, then m也产生位置p从一块空板开始。

这是基于这一观察的 Python 简短解决方案:我已经解决了它的目标是全 0,即“灯”“熄灭”,但是更改它以解决全 1 的目标是微不足道的。

  • 常量列表masks代表 9 种可能的移动中的每一种应该翻转哪些单元格。
  • The bitcount函数用于测量解决方案需要多少次移动,给定一个表示 9 个可能移动的子集的位掩码。
  • The position函数在进行一组移动后计算棋盘位置,使用异或运算来累积多次翻转的结果。
  • The positions字典将每个可到达的棋盘位置映射到从空棋盘开始生成它的移动集列表。事实证明,所有位置都可以通过一组移动到达,但如果事先不知道这一点,那么列表字典会给出更通用的解决方案。
  • The max(..., min(...))根据需要,零件找到最大化解决该问题所需的最少移动次数的位置。
masks = [
    int('110100000', 2), int('111010000', 2), int('011001000', 2),
    int('100110100', 2), int('010111010', 2), int('001011001', 2),
    int('000100110', 2), int('000010111', 2), int('000001011', 2),
]

def bitcount(m):
    c = 0
    while m:
        c += (m & 1)
        m >>= 1
    return c

def position(m):
    r = 0
    for i in range(9):
        if (1 << i) & m:
            r ^= masks[i]
    return r

from collections import defaultdict

positions = defaultdict(list)
for m in range(2**9):
    p = position(m)
    positions[p].append(m)

solution = max(positions, key=lambda p: min(map(bitcount, positions[p])))
print('board:', bin(solution))
print('moves:', ', '.join(map(bin, positions[solution])))

Output:

board: 0b101010101
moves: 0b111111111

即“最差初始位置”是一个X形状(所有四个角加上中心单元格都是1),解决方案是执行所有9次移动。

本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系:hwhale#tublm.com(使用前将#替换为@)

熄灯 - 寻找最差的初始状态 的相关文章

  • 如何在由子控件组成的 SWT 复合材料上跟踪鼠标?

    我创建了自己的控件 我想跟踪鼠标并添加一个MouseTrackListener 很遗憾MouseEnter and MouseLeave当鼠标移动到我的合成部分 即标签和按钮 上时 也会生成事件 Mouse enter mouse ente
  • TreeMap 删除所有大于某个键的键

    在项目中 我需要删除键值大于某个键的所有对象 键类型为Date 如果重要的话 据我所知TreeMapJava中实现的是红黑树 它是一种二叉搜索树 所以我应该得到O n 删除子树时 但除了制作尾部视图并一一删除之外 我找不到任何方法可以做到这
  • 为什么即使我的哈希码值相同,“==”也会返回 false

    我写了一个像这样的课程 public class HashCodeImpl public int hashCode return 1 public static void main String args TODO Auto generat
  • 如何在 JPQL 或 HQL 中进行限制查询?

    在 Hibernate 3 中 有没有办法在 HQL 中执行相当于以下 MySQL 限制的操作 select from a table order by a table column desc limit 0 20 如果可能的话 我不想使用
  • 断言 Kafka 发送有效

    我正在使用 Spring Boot 编写一个应用程序 因此要写信给 Kafka 我这样做 Autowired private KafkaTemplate
  • Java Applet 中的 Apache FOP - 未找到数据的 ImagePreloader

    我正在研究成熟商业产品中的一个问题 简而言之 我们使用 Apache POI 库的一部分来读取 Word DOC 或 DOCX 文件 并将其转换为 XSL FO 以便我们可以进行标记替换 然后 我们使用嵌入到 Java 程序中的 FOP 将
  • 将人类日期(当地时间 GMT)转​​换为日期

    我正在服务器上工作 服务器正在向我发送 GMT 本地日期的日期 例如Fri Jun 22 09 29 29 NPT 2018在字符串格式上 我将其转换为日期 如下所示 SimpleDateFormat simpleDateFormat ne
  • Akka 与现有 java 项目集成的示例

    如果我已经有现有的javaWeb 应用程序使用spring and servlet容器 将 Akka 集成到其中的正确方法是什么 就像我将会有Actor1 and Actor2互相沟通的 开始使用这些演员的切入点是什么 例如 1 把它放在那
  • 提高 PostgreSQL 1 亿数据左连接查询性能

    我在用Postgresql 9 2 version Windows 7 64 bit RAM 6GB 这是一个Java企业项目 我必须在我的页面中显示订单相关信息 有三个表通过左连接连接在一起 Tables TV HD 389772 行 T
  • 蓝牙发送和接收文本数据

    我是 Android 开发新手 我想制作一个使用蓝牙发送和接收文本的应用程序 我得到了有关发送文本的所有内容逻辑工作 但是当我尝试在手机中测试它时 我看不到界面 这是Main Activity Code import android sup
  • 使用 Elastic Beanstalk 进行 Logback

    我在使用 Elastic Beanstalk 记录应用程序日志时遇到问题 我正在 AWS Elastic Beanstalk 上的 Tomcat 8 5 with Corretto 11 running on 64bit Amazon Li
  • JDBC 时间戳和日期 GMT 问题

    我有一个 JDBC 日期列 如果我使用 getDate 则会得到 date 仅部分2009 年 10 月 2 日但如果我使用 getTimestamp 我会得到完整的 date 2009 年 10 月 2 日 13 56 78 890 这正
  • 为什么\0在java中不同系统中打印不同的输出

    下面的代码在不同的系统中打印不同的输出 String s hello vsrd replace 0 System out println s 当我在我的系统中尝试时 Linux Ubuntu Netbeans 7 1 它打印 When I
  • 在 Spring 上下文中查找方法级自定义注释

    我想知道的是 所有的类 方法Spring http en wikipedia org wiki Spring Framework注释为 Versioned的bean 我创建了自定义注释 Target ElementType METHOD E
  • 将 JScrollPane 添加到 JFrame

    我有一个关于向 Java 框架添加组件的问题 我有一个带有两个按钮的 JPanel 和一个添加了 JTable 的 JScrollPane 我想将这两个添加到 JFrame 中 我可以将 JPanel 添加到 JFrame 或将 JScro
  • 子类构造函数(JAVA)中的重写函数[重复]

    这个问题在这里已经有答案了 为什么在派生类构造函数中调用超类构造函数时 id 0 当创建子对象时 什么时候在堆中为该对象分配内存 在基类构造函数运行之后还是之前 class Parent int id 10 Parent meth void
  • Log4j2 ThreadContext 映射不适用于parallelStream()

    我有以下示例代码 public class Test static System setProperty isThreadContextMapInheritable true private static final Logger LOGG
  • Java/Python 中的快速 IPC/Socket 通信

    我的应用程序中需要两个进程 Java 和 Python 进行通信 我注意到套接字通信占用了 93 的运行时间 为什么通讯这么慢 我应该寻找套接字通信的替代方案还是可以使其更快 更新 我发现了一个简单的修复方法 由于某些未知原因 缓冲输出流似
  • Java RMI - 客户端超时

    我正在使用 Java RMI 构建分布式系统 它必须支持服务器丢失 如果我的客户端使用 RMI 连接到服务器 如果该服务器出现故障 例如电缆问题 我的客户端应该会收到异常 以便它可以连接到其他服务器 但是当服务器出现故障时 我的客户端什么也
  • MiniDFSCluster UnsatisfiedLinkError org.apache.hadoop.io.nativeio.NativeIO$Windows.access0

    做时 new MiniDFSCluster Builder config build 我得到这个异常 java lang UnsatisfiedLinkError org apache hadoop io nativeio NativeIO

随机推荐