কোয়ার্টোর কয়টি ড্র আছে?


9

ভূমিকা

এই চ্যালেঞ্জটি প্রকল্প ইউলার সমস্যার মতো। আমি এটি নিয়ে এসেছি কারণ আমি একটি ছলাকার সহজ বোর্ড গেম খেলছিলাম এবং এর মেকানিক্স সম্পর্কে একটি সাধারণ প্রশ্নের উত্তর দেওয়ার জন্য একটি কার্যকর সমাধান নিয়ে আসতে পারিনি।

কোয়ার্টো হ'ল এক টানা 4 টি মজার রূপ। এটি 4 টি 4 বোর্ডে 16 টি অনন্য টুকরা (কোনও টুকরো অনুলিপি করা হয় না) বাজানো হয়। প্রতিটি পালা প্রতিটি খেলোয়াড় বোর্ডে 1 পিস রাখে। প্রতিটি টুকরা 4 টি বাইনারি বৈশিষ্ট্য (সংক্ষিপ্ত / লম্বা, কালো / সাদা, বর্গক্ষেত্র / বিজ্ঞপ্তি, ফাঁকা / কঠিন)। লক্ষ্যটি হ'ল চারটি বৈশিষ্ট্যের যে কোনওটির জন্য অনুভূমিকভাবে, উল্লম্বভাবে বা 2 টি ত্রিভুজ বরাবর একটি করে পর পর চারটি করা! সুতরাং 4 কালো টুকরা, 4 টি সাদা টুকরা, 4 টি লম্বা টুকরো, 4 টি ছোট টুকরা, 4 বর্গাকার টুকরা, 4 টি বৃত্তাকার টুকরা, 4 টি ফাঁকা টুকরা বা 4 টি শক্ত টুকরা।

উপরের ছবিটি একটি সমাপ্ত খেলা দেখায়, 4 বর্গাকার টুকরো বলে এক সারিতে চারটি রয়েছে।

চ্যালেঞ্জ

কোয়ার্টোতে, কিছু গেমস ড্রতে শেষ হতে পারে।

সম্ভাব্য শেষ পজিশনের সংখ্যা 16!প্রায় 20 ট্রিলিয়ন।

এই শেষ পদের মধ্যে কতটি অঙ্কন হয়?

বিধি

  1. সমাধানটি অবশ্যই এমন একটি প্রোগ্রাম হতে হবে যা মোট অঙ্কের পজিশনের সংখ্যা গণনা করে এবং আউটপুট করে। সঠিক উত্তরটি হ'ল414298141056

  2. আপনি কেবল গেমের নিয়মগুলির তথ্য ব্যবহার করতে পারেন যা ম্যানুয়ালি ছাড়িয়ে নেওয়া হয়েছে (কোনও কম্পিউটারের সহায়তার প্রমাণ নেই)।

  3. সমস্যার গাণিতিক সরলীকরণ অনুমোদিত, তবে আপনার সমাধানে অবশ্যই ব্যাখ্যা ও প্রমাণিত (ম্যানুয়ালি) করা আবশ্যক।

  4. বিজয়ী সিপিইউ চলমান সময়ের ক্ষেত্রে সর্বাধিক অনুকূল সমাধান সহ এক with

  5. বিজয়ী নির্ধারণ করতে, আমি 16 গিগাবাইট র‌্যাম সহ ম্যাকবুক প্রো 2,5 গিগাহার্টজ ইন্টেল কোর আই 7-তে 30 মি-এরও কম সময়ের রিপোর্টিত সময় সহ প্রতিটি একক সমাধান চালাব

  6. এমন কোনও সমাধান নিয়ে আসার জন্য কোনও বোনাস পয়েন্ট নেই যা অন্যান্য বোর্ড মাপের সাথেও কাজ করে। যদিও এটি দুর্দান্ত হবে।

  7. যদি প্রযোজ্য হয়, আপনার প্রোগ্রামটি অবশ্যই উপরে উল্লিখিত হার্ডওয়্যারগুলিতে 1 মিনিটের মধ্যে সংকলন করতে হবে (সংকলক অনুকূলকরণের অপব্যবহার এড়াতে)

  8. ডিফল্ট লুফোলগুলি অনুমোদিত নয়

জমা

পোস্ট করুন:

  1. কোডটিতে কোড বা একটি গিথুব / বিটবাকেট link
  2. কোডের আউটপুট।
  3. আপনার স্থানীয়ভাবে পরিমাপের চলমান সময়
  4. আপনার পদ্ধতির একটি ব্যাখ্যা।

শেষ তারিখ

জমা দেওয়ার সময়সীমাটি 1 লা মার্চ, তাই এখনও প্রচুর সময়।


মন্তব্যগুলি বর্ধিত আলোচনার জন্য নয়; এই কথোপকথন চ্যাটে সরানো হয়েছে ।
মার্টিন এন্ডার

উত্তর:


3

সি: 414298141056 ড্র হয়েছে প্রায় 5 2.5 মিনিটের মধ্যে।

প্রতিসম-সচেতন স্থানান্তর টেবিলের সাথে কেবল সাধারণ গভীরতা-প্রথম অনুসন্ধান। আমরা নির্গমন অনুসারে বৈশিষ্ট্যের প্রতিসাম্য এবং বোর্ডের 8-ভাঁজ ডিহাইড্রাল প্রতিসম ব্যবহার করি।

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#include <string.h>

typedef uint16_t u8;
typedef uint16_t u16;
typedef uint64_t u64;

#define P(i, j) (1 << (4 * (i) + (j)))

#define DIAG0 (P(0, 0) | P(1, 1) | P(2, 2) | P(3, 3))
#define DIAG1 (P(3, 0) | P(2, 1) | P(1, 2) | P(0, 3))

u64 rand_state;

u64 mix(u64 x) {
    u64 a = x >> 32;
    u64 b = x >> 60;
    x ^= (a >> b);
    return x * 7993060983890856527ULL;
}

u64 rand_u64() {
    u64 x = rand_state;
    rand_state = x * 6364136223846793005ULL + 1442695040888963407ULL;
    return mix(x);
}

u64 ZOBRIST_TABLE[(1 << 16)][8];

u16 transpose(u16 x) {
    u16 t = 0;
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        for (int j = 0; j < 4; j++) {
            if (x & P(j, i)) {
                t |= P(i, j);
            }
        }
    }
    return t;
}

u16 rotate(u16 x) {
   u16 r = 0;
   for (int i = 0; i < 4; i++) {
       for (int j = 0; j < 4; j++) {
           if (x & P(3 - j, i)) {
                r |= P(i, j);
            }
       }
   } 
   return r;
}

void initialize_zobrist_table(void) {
    for (int i = 0; i < 1 << 16; i++) {
        ZOBRIST_TABLE[i][0] = rand_u64();
    }
    for (int i = 0; i < 1 << 16; i++) {
        int j = i;
        for (int r = 1; r < 8; r++) {
            j = rotate(j);
            if (r == 4) {
                j = transpose(i);
            }
            ZOBRIST_TABLE[i][r] = ZOBRIST_TABLE[j][0];
        }
    }
}

u64 hash_board(u16* x) {
    u64 hash = 0;
    for (int r = 0; r < 8; r++) {
        u64 h = 0;
        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            h += ZOBRIST_TABLE[x[i]][r];
        }
        hash ^= mix(h);
    }
    return mix(hash);
}

u8 IS_WON[(1 << 16) / 8];

void initialize_is_won(void) {
    for (int x = 0; x < 1 << 16; x++) {
        bool is_won = false;
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            u16 stride = 0xF << (4 * i);
            if ((x & stride) == stride) {
                is_won = true;
                break;
            }
            stride = 0x1111 << i;
            if ((x & stride) == stride) {
                is_won = true;
                break;
            }
        }
        if (is_won == false) {
            if (((x & DIAG0) == DIAG0) || ((x & DIAG1) == DIAG1)) {
                is_won = true;
            }
        }
        if (is_won) {
            IS_WON[x / 8] |= (1 << (x % 8));
        }
    }
}

bool is_won(u16 x) {
    return (IS_WON[x / 8] >> (x % 8)) & 1;
}

bool make_move(u16* board, u8 piece, u8 position) {
    u16 p = 1 << position;
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        bool a = (piece >> i) & 1;
        int j = 2 * i + a;
        u16 x = board[j] | p;
        if (is_won(x)) {
            return false;
        }
        board[j] = x;
    }
    return true;
}

typedef struct {
    u64 hash;
    u64 count;
} Entry;

typedef struct {
    u64 mask;
    Entry* entries;
} TTable;

Entry* lookup(TTable* table, u64 hash, u64 count) {
    Entry* to_replace;
    u64 min_count = count + 1;
    for (int d = 0; d < 8; d++) {
        u64 i = (hash + d) & table->mask;
        Entry* entry = &table->entries[i];
        if (entry->hash == 0 || entry->hash == hash) {
            return entry;
        }
        if (entry->count < min_count) {
            min_count = entry->count;
            to_replace = entry;
        }
    }
    if (to_replace) {
        to_replace->hash = 0;
        to_replace->count = 0;
        return to_replace;
    }
    return NULL;
}

u64 count_solutions(TTable* ttable, u16* board, u8* pieces, u8 position) {
    u64 hash = 0;
    if (position <= 10) {
        hash = hash_board(board);
        Entry* entry = lookup(ttable, hash, 0);
        if (entry && entry->hash) {
            return entry->count;        
        }
    }
    u64 n = 0;
    for (int i = position; i < 16; i++) {
        u8 piece = pieces[i];
        u16 board1[8];
        memcpy(board1, board, sizeof(board1));
        u8 variable_ordering[16] = {0, 1, 2, 3, 4, 8, 12, 6, 9, 5, 7, 13, 10, 11, 15, 14};
        if (!make_move(board1, piece, variable_ordering[position])) {
            continue;
        }
        if (position == 15) {
            n += 1;
        } else {
            pieces[i] = pieces[position];
            n += count_solutions(ttable, board1, pieces, position + 1); 
            pieces[i] = piece;
        }
    }
    if (hash) {
        Entry* entry = lookup(ttable, hash, n);
        if (entry) {
            entry->hash = hash;
            entry->count = n;
        }
    }
    return n;
}

int main(void) {
    TTable ttable;
    int ttable_size = 1 << 28;
    ttable.mask = ttable_size - 1;
    ttable.entries = calloc(ttable_size, sizeof(Entry));
    initialize_zobrist_table();
    initialize_is_won();
    u8 pieces[16];
    for (int i = 0; i < 16; i++) {pieces[i] = i;}
    u16 board[8] = {0};
    printf("count: %lu\n", count_solutions(&ttable, board, pieces, 0));
}

পরিমাপ করা স্কোর (@wvdz):

$ clang -O3 -march=native quarto_user1502040.c
$ time ./a.out
count: 414298141056

real    1m37.299s
user    1m32.797s
sys     0m2.930s

স্কোর (ব্যবহারকারী + সিস): 1 এম 35.727 এস


অসাধারণ সমাধানের মতো দেখাচ্ছে। যাইহোক, আপনি আপনার ব্যাখ্যাটি কিছুটা প্রসারিত করতে পারেন? কীভাবে জানবেন সমাধানটি সঠিক?
wvdz

এই সময়ের জন্য কোন সংকলক পতাকা ব্যবহার করা উচিত? আমি চেষ্টা করেছি -O3 -march=nativeএবং আমার মেশিনে 1 এম 48 পেয়েছি। (সিসি @wvdz)
ডেনিস

@ ডেনিস, আমিও তাই করেছি।
ব্যবহারকারী1502040

@ ডেনিস আমি সি সংকলন করার বিষয়ে বিশেষজ্ঞ নই আমি কোনও সংকলক পতাকা ব্যবহার করিনি। আমি আমার সম্পাদনা আপডেট করব।
wvdz

1

জাভা, 414298141056 আঁকুন, 23 মি 42.272 এস

আমি আশা করি কারও নিজের চ্যালেঞ্জের সমাধান পোস্ট করার বিষয়টি ভ্রান্ত নয়, তবে আমি এই চ্যালেঞ্জটিকে প্রথম স্থানে পোস্ট করার কারণটি হ'ল এটি আমাকে পাগল করে দিয়েছে যে আমি নিজেই একটি কার্যকর সমাধান নিয়ে আসতে পারি না। আমার সেরা চেষ্টাটি শেষ হতে কয়েক দিন লাগবে।

ব্যবহারকারী1502040 এর উত্তর অধ্যয়ন করার পরে আমি কিছুটা যুক্তিসঙ্গত সময়ের মধ্যে চালানোর জন্য আমার কোডটি সংশোধন করতে পেরেছি। আমার সমাধানটি এখনও উল্লেখযোগ্যভাবে পৃথক, তবে আমি কিছু ধারণা চুরি করেছি:

  • শেষের অবস্থানগুলিতে মনোনিবেশ করার পরিবর্তে, আমি আসলে গেমটি খেলতে মনোনিবেশ করি, বোর্ডের উপরে একের পর এক টুকরো রাখি। এটি আমাকে সঠিক গণনা সহ শব্দার্থে অভিন্ন অবস্থানের একটি সারণী তৈরি করতে দেয় to
  • টুকরোটি যাতে অর্ডার করা হয় সেটির ক্রমটি উপলব্ধি করে: সেগুলি এমনভাবে স্থাপন করা উচিত যাতে আপনি প্রাথমিক জয়ের সম্ভাবনা সর্বাধিকতর করেন।

এই সমাধান এবং ব্যবহারকারী1502040 এর মধ্যে প্রধান পার্থক্য হ'ল আমি জোব্রিস্ট টেবিলটি ব্যবহার করি না, তবে একটি বোর্ডের প্রমিত উপস্থাপনা, যেখানে আমি প্রতিটি বোর্ডকে বৈশিষ্ট্যগুলির উপরে 48 টি সম্ভাব্য স্থানান্তর (2 * 4!) হিসাবে বিবেচনা করি। আমি পুরো বোর্ডটি ঘোরানো বা স্থানান্তর করি না, তবে কেবল টুকরোগুলির বৈশিষ্ট্য।

এটিই আমি নিয়ে আসতে পারি সেরা। সুস্পষ্ট বা কম সুস্পষ্ট অপ্টিমাইজেশনের জন্য আদর্শগুলি সর্বাধিক স্বাগত!

public class Q {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(countDraws(getStartBoard(), 0));
    }

    /** Order of squares being filled, chosen to maximize the chance of an early win */
    private static int[] indexShuffle = {0, 5, 10, 15, 14, 13, 12, 9, 1, 6, 3, 2, 7, 11, 4, 8};

    /** Highest depth for using the lookup */
    private static final int MAX_LOOKUP_INDEX = 10;

    public static long countDraws(long board, int turn) {
        long signature = 0;
        if (turn < MAX_LOOKUP_INDEX) {
            signature = getSignature(board, turn);
            if (cache.get(turn).containsKey(signature))
                return cache.get(turn).get(signature);
        }
        int indexShuffled = indexShuffle[turn];
        long count = 0;
        for (int n = turn; n < 16; n++) {
            long newBoard = swap(board, indexShuffled, indexShuffle[n]);
            if (partialEvaluate(newBoard, indexShuffled))
                continue;
            if (turn == 15)
                count++;
            else
                count += countDraws(newBoard, turn + 1);
        }
        if (turn < MAX_LOOKUP_INDEX)
            cache.get(turn).put(signature, count);
        return count;
    }

    /** Get the canonical representation for this board and turn */
    private static long getSignature(long board, int turn) {
        int firstPiece = getPiece(board, indexShuffle[0]);
        long signature = minTranspositionValues[firstPiece];
        List<Integer> ts = minTranspositions.get(firstPiece);
        for (int n = 1; n < turn; n++) {
            int min = 16;
            List<Integer> ts2 = new ArrayList<>();
            for (int t : ts) {
                int piece = getPiece(board, indexShuffle[n]);
                int posId = transpositions[piece][t];
                if (posId == min) {
                    ts2.add(t);
                } else if (posId < min) {
                    min = posId;
                    ts2.clear();
                    ts2.add(t);
                }
            }
            ts = ts2;
            signature = signature << 4 | min;
        }
        return signature;
    }

    private static int getPiece(long board, int position) {
        return (int) (board >>> (position << 2)) & 0xf;
    }

    /** Only evaluate the relevant winning possibilities for a certain turn */
    private static boolean partialEvaluate(long board, int turn) {
        switch (turn) {
            case 15:
                return evaluate(board, masks[8]);
            case 12:
                return evaluate(board, masks[3]);
            case 1:
                return evaluate(board, masks[5]);
            case 3:
                return evaluate(board, masks[9]);
            case 2:
                return evaluate(board, masks[0]) || evaluate(board, masks[6]);
            case 11:
                return evaluate(board, masks[7]);
            case 4:
                return evaluate(board, masks[1]);
            case 8:
                return evaluate(board, masks[4]) || evaluate(board, masks[2]);
        }
        return false;
    }

    private static List<Map<Long, Long>> cache = new ArrayList<>();
    static {
        for (int i = 0; i < 16; i++)
            cache.add(new HashMap<>());
    }

    private static boolean evaluate(long board, long[] masks) {
        return _evaluate(board, masks) || _evaluate(~board, masks);
    }

    private static boolean _evaluate(long board, long[] masks) {
        for (long mask : masks)
            if ((board & mask) == mask)
                return true;
        return false;
    }

    private static long swap(long board, int x, int y) {
        if (x == y)
            return board;
        if (x > y)
            return swap(board, y, x);
        long xValue = (board & swapMasks[1][x]) << ((y - x) * 4);
        long yValue = (board & swapMasks[1][y]) >>> ((y - x) * 4);
        return board & swapMasks[0][x] & swapMasks[0][y] | xValue | yValue;
    }

    private static long getStartBoard() {
        long board = 0;
        for (long n = 0; n < 16; n++)
            board |= n << (n * 4);
        return board;
    }

    private static List<Integer> allPermutations(int input, int size, int idx, List<Integer> permutations) {
        for (int n = idx; n < size; n++) {
            if (idx == 3)
                permutations.add(input);
            allPermutations(swapBit(input, idx, n), size, idx + 1, permutations);
        }
        return permutations;
    }

    private static int swapBit(int in, int x, int y) {
        if (x == y)
            return in;
        int xMask = 1 << x;
        int yMask = 1 << y;
        int xValue = (in & xMask) << (y - x);
        int yValue = (in & yMask) >>> (y - x);
        return in & ~xMask & ~yMask | xValue | yValue;
    }

    private static int[][] transpositions = new int[16][48];
    static {
        for (int piece = 0; piece < 16; piece++) {
            transpositions[piece][0] = piece;
            List<Integer> permutations = allPermutations(piece, 4, 0, new ArrayList<>());
            for (int n = 1; n < 24; n++)
                transpositions[piece][n] = permutations.get(n);
            permutations = allPermutations(~piece & 0xf, 4, 0, new ArrayList<>());
            for (int n = 24; n < 48; n++)
                transpositions[piece][n] = permutations.get(n - 24);
        }
    }

    private static int[] minTranspositionValues = new int[16];
    private static List<List<Integer>> minTranspositions = new ArrayList<>();
    static {
        for (int n = 0; n < 16; n++) {
            int min = 16;
            List<Integer> elems = new ArrayList<>();
            for (int t = 0; t < 48; t++) {
                int elem = transpositions[n][t];
                if (elem < min) {
                    min = elem;
                    elems.clear();
                    elems.add(t);
                } else if (elem == min)
                    elems.add(t);
            }
            minTranspositionValues[n] = min;
            minTranspositions.add(elems);
        }
    }

    private static final long ROW_MASK = 1L | 1L << 4 | 1L << 8 | 1L << 12;
    private static final long COL_MASK = 1L | 1L << 16 | 1L << 32 | 1L << 48;
    private static final long FIRST_DIAG_MASK = 1L | 1L << 20 | 1L << 40 | 1L << 60;
    private static final long SECOND_DIAG_MASK = 1L << 12 | 1L << 24 | 1L << 36 | 1L << 48;

    private static long[][] masks = new long[10][4];
    static {
        for (int m = 0; m < 4; m++) {
            long row = ROW_MASK << (16 * m);
            for (int n = 0; n < 4; n++)
                masks[m][n] = row << n;
        }
        for (int m = 0; m < 4; m++) {
            long row = COL_MASK << (4 * m);
            for (int n = 0; n < 4; n++)
                masks[m + 4][n] = row << n;
        }
        for (int n = 0; n < 4; n++)
            masks[8][n] = FIRST_DIAG_MASK << n;
        for (int n = 0; n < 4; n++)
            masks[9][n] = SECOND_DIAG_MASK << n;
    }

    private static long[][] swapMasks;
    static {
        swapMasks = new long[2][16];
        for (int n = 0; n < 16; n++)
            swapMasks[1][n] = 0xfL << (n * 4);
        for (int n = 0; n < 16; n++)
            swapMasks[0][n] = ~swapMasks[1][n];
    }
}

পরিমাপ করা স্কোর:

$ time java -jar quarto.jar 
414298141056

real    20m51.492s
user    23m32.289s
sys     0m9.983s

স্কোর (ব্যবহারকারী + সিস): 23 মি 42.272 এস

আমাদের সাইট ব্যবহার করে, আপনি স্বীকার করেছেন যে আপনি আমাদের কুকি নীতি এবং গোপনীয়তা নীতিটি পড়েছেন এবং বুঝতে পেরেছেন ।
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.