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sicily 1151 简单魔方B BFS和哈希判断重复解题
1151. 魔板
Constraints
Time Limit: 1 secs, Memory Limit: 32 MB , Special Judge
Description
题目和A题相同,在这里我们把数据范围扩大:N可能超过10。
请仔细考虑各种情况。
Input
输入包括多个要求解的魔板,每个魔板用三行描述。
第一行步数N,表示最多容许的步数。
第二、第三行表示目标状态,按照魔板的形状,颜色用1到8的表示。
当N等于-1的时候,表示输入结束。
Output
对于每一个要求解的魔板,输出一行。
首先是一个整数M,表示你找到解答所需要的步数。接着若干个空格之后,从第一步开始按顺序给出M步操作(每一步是A、B或C),相邻两个操作之间没有任何空格。
注意:如果不能达到,则M输出-1即可。
Sample Input
45 8 7 64 1 2 338 7 6 51 2 3 4-1
Sample Output
2 AB1 A评分:M超过N或者给出的操作不正确均不能得分。
Problem Source
ZSUACM Team Member
参考康托展开:http://baike.baidu.com/view/437641.htm
#include <iostream>#include <vector>#include <stack>#include <cstring>using namespace std;/* *给定一个状态,在指定步骤内通过A、B、C操作到达目标态 *定义一个状态数组,头指针fp指向当前的父节点操作,rp *指向子节点操作。判断是否加入子节点序列时:判重! *此处使用哈希来判重,即用一个bool数组来记录某个值是否已经 *已经在队列中,即已经访问过了,该bool数组的下标为由 *康托展开计算得到,其为一个哈希函数,若出现重复状态则跳过,对每个父节点都有三个 *操作,符合条件的进入队列,rp依次后移,fp完成三个操作 *后也fp++ *利用康托展开记录每种状态出现的位置,即通过康托展开 *后可以知道该状态是第几大的数即可马上定位到该位置, *位置访问信息用一个数组记录即可。 *康托展开方法(一种特殊的哈希函数) *例如一个123的序列,求321在其全排列中排第几大的数。 *首先3, 那么第二位数可以是1或2,则有2*2! = 4个比他小的数, *然后看第二位2,比他小的数有1,则有1*1! = 1 所以有4+1=5个 *321小的数,也就是说它是第6大的数。 */ //定义一个魔方的结构体 typedef struct mf { int up; //魔方上行数字 int down; //魔方下行数字 char op; //由该操作得到该魔方 int pre; //记录该魔方的前一个魔方,即在三叉树中的父节点在队列中的下标,用于回溯输出最短到达该目的魔方所经过的变换,此设计很关键 } MF;bool isvisited[50000]; //由于由mf.up*10000+mf.down得到的为8位数,所以根据康托展开计算公式可以知道该8位数的全排列的数目为 8!个 //康托判重(一种特殊的哈希函数)int fact[9] = {1, 1, 2, 6, 24, 120, 720, 5040, 40320}; //8!的阶乘表 ,用于计算下面的康托展开值 //返回值为数字n在以下标0开始的从小到大记录数字n的各位的全排列对应的数字的数组中的下标//即数字n在该全排列中为第几大的 //康托展开函数:index =a[n]*(n-1)!+a[n-1]*(n-2)!+...+a[i]*(i-1)!+...+a[2]*1!+a[1]*0![1] // 其中,a为整数,并且0<=a[i]<i(1<=i<=n)int cantor(long number) { int a[8]; int n = 0; int index = 0; for (int i = 7; i >= 0; i--) {//a[7,6,5...0]为个位,十位,百位... a[i] = number % 10; number /= 10; } for (int i = 0; i <= 7; i++) { //计算比a[i]小的数字 for (int j = i + 1; j <= 7; j++) { if (a[i] > a[j]) n++; } index += n * fact[7-i]; n = 0; } return index;} //比较待插入的魔方是否已经在队列中存在 bool cmp(vector<MF> &mfs, MF mf, char op, int pre) { //队列中不存在该魔方,插入 if (!isvisited[cantor(mf.up * 10000 + mf.down)]) { //mf.up * 10000 + mf.down使得康托函数的输入为up和down唯一确定的一个八位整数 isvisited[cantor(mf.up * 10000 + mf.down)] = true; mf.pre = pre; mf.op = op; mfs.push_back(mf); return true; } return false;}//由于一共有三种操作,所以为三叉树 //操作A 1234 8765 -> 8765 1234 通过result引用来返回进行操作后的魔方 char opA(MF mf, int pre, MF &result) { int m = mf.up; int n = mf.down; mf.up = n; mf.down = m; result = mf; result.pre = pre; result.op = ‘A‘; return ‘A‘;}//操作B 1234 8765 -> 4123 5876 char opB(MF mf, int pre, MF &result) { int up_first = (mf.up % 10) * 1000; int down_first = (mf.down % 10) * 1000; int up_last = ((mf.up - (mf.up / 1000) * 1000) - ((mf.up - (mf.up / 1000) * 1000) / 100) * 100) / 10; int down_last = ((mf.down - (mf.down / 1000) * 1000) - ((mf.down - (mf.down / 1000) * 1000) / 100) * 100) / 10; mf.up = up_first + (mf.up / 1000) * 100 + ((mf.up - (mf.up / 1000) * 1000) / 100) * 10 + up_last; mf.down = down_first + (mf.down / 1000) * 100 + ((mf.down - (mf.down / 1000) * 1000) / 100) * 10 + down_last; result = mf; result.pre = pre; result.op = ‘B‘; return ‘B‘;}//操作C 1234 5678 -> 1624 5738 char opC(MF mf, int pre, MF &result) { int i1 = (mf.up - (mf.up / 1000) * 1000) / 100; int i2 = ((mf.up - (mf.up / 1000) * 1000) - i1 * 100) / 10; int j1 = (mf.down - (mf.down / 1000) * 1000) / 100; int j2 = ((mf.down - (mf.down / 1000) * 1000) - j1 * 100) / 10; mf.up = (mf.up / 1000) * 1000 + j1 * 100 + i1 * 10 + mf.up % 10; mf.down = (mf.down / 1000) * 1000 + j2 * 100 + i2 * 10 + mf.down % 10; result = mf; result.pre = pre; result.op = ‘C‘; return ‘C‘;}int main () { int max; while(cin >> max && max != -1) { int find_length = 0; int target[8]; int value; memset(isvisited, false, sizeof(isvisited)); for (int i = 0; i < 8; i++) { cin >> value; target[i] = value; } vector<MF> mfs; stack<char> ops; int fp = 0, rp = 0; bool success = false; int up = target[0] * 1000 + target[1] * 100 + target[2] * 10 + target[3]; //目标魔方的上行 int down = target[7] + target[6] * 10 + target[5] * 100 + target[4] * 1000; //目标魔方的下行 MF mf; mf.up = 1234; mf.down = 8765; mf.op = ‘ ‘; mf.pre = -1; mfs.push_back(mf); //若未找到,则循环查找 while (mfs[fp].up != up || mfs[fp].down != down) { //或者 while (mfs[fp].up != up || mfs[fp].down != down) //广度优先搜索 //对魔方进行操作,头指针执行正在进行操作的魔方,尾指针执行操作后进入队列的魔方 MF result; char a = opA(mfs[fp], fp, result); if (result.up == up && result.down == down) { //发现目标魔方,则根据pre来回溯得到操作序列 while (result.pre != -1) { ops.push(result.op); find_length++; result = mfs[result.pre];//回溯 } success = true; break; } else if (cmp(mfs, result, a, fp)) {//如果队列中没有该魔方,该魔方进队 rp++; //尾指针递增 } char b = opB(mfs[fp], fp, result); if (result.up == up && result.down == down) { //发现目标魔方,则根据pre来回溯得到操作序列 while (result.pre != -1) { ops.push(result.op); find_length++; result = mfs[result.pre];//回溯 } success = true; break; } else if (cmp(mfs, result, b, fp)) { rp++; } char c = opC(mfs[fp], fp, result); if (result.up == up && result.down == down) { //发现目标魔方,则根据pre来回溯得到操作序列 while (result.pre != -1) { ops.push(result.op); find_length++; result = mfs[result.pre];//回溯 } success = true; break; }else if (cmp(mfs, result, c, fp)) { rp++; } fp++; //头指针递增 } //如果不能在指定步数内找到,则输出-1 if (find_length > max) { cout << -1 << endl; } else { cout << find_length << " "; while (!ops.empty()) { //找到输出由初态变为目标态的过程 cout << ops.top(); ops.pop(); } cout << endl; } } return 0;}
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