Кратчайший путь рыцаря на шахматной доске

Question

Я готовился к предстоящему соревнованию по программированию, и я наткнулся на вопрос, который меня просто смутил. Тем не менее, я чувствую, что это концепция, которую я должен изучить сейчас, а не скрещивать пальцы, что она никогда не подходит.

В основном это касается фигуры рыцаря на шахматной доске. Вам дают два входа: начальное местоположение и конечное местоположение. Цель состоит в том, чтобы затем рассчитать и распечатать кратчайший путь, по которому рыцарь может добраться до цели.

Я никогда не имел дело с вещами типа кратчайшего пути, и я даже не знаю, с чего начать. Какую логику я использую для решения этой проблемы?

P.S. Если это имеет какое-либо отношение, они хотят, чтобы вы дополнили обычные движения рыцаря, также позволив ему перейти к четырем углам квадрата, образованного (потенциально) восемью ходами, которые может сделать рыцарь, учитывая, что центр квадрата является расположение рыцаря.

Answer 1

public class Horse {

    private int[][] board;
    private int[] xer = { 2, 1, -1, -2, -2, -1, 1, 2 };
    private int[] yer = { 1, 2, 2, 1, -1, -2, -2, -1 };
    private final static int A_BIG_NUMBER = 10000;
    private final static int UPPER_BOUND = 64;


    public Horse() {
        board =  new int[8][8];
    }

    private int solution(int x, int y, int destx, int desty, int move) {

        if(move == UPPER_BOUND) {
            /* lets put an upper bound to avoid stack overflow */
            return A_BIG_NUMBER;
        }

        if(x == 6 && y ==5) {
            board[6][5] = 1;
            return 1;
        }
        int min = A_BIG_NUMBER;
        for (int i = 0 ; i < xer.length; i++) {
            if (isMoveGood(x + xer[i], y + yer[i])) {
                if(board[x + xer[i]][y + yer[i]] != 0) {
                    min = Integer.min(min, 1 + board[x +xer[i]] [y +yer[i]]);                   
                } else {
                    min = Integer.min(min, 1 + solution(x + xer[i], y + yer[i], destx, desty, move + 1));   
                }                   
            }
        }   
        board[x][y] = min;
        return min;
    }


    private boolean isMoveGood(int x, int y) {
        if (x >= 0 && x < board.length && y >= 0 && y < board.length)
            return true;
        return false;
    }


    public static void main(String[] args) {

        int destX = 6;
        int destY = 7;
        final Horse h = new Horse();
        System.out.println(h.solution(0, 0, destX, destY, 0));
    }
}

Answer 2

Вот решение этой конкретной проблемы, реализованное в Perl.Он покажет один из самых коротких путей - в некоторых случаях их может быть несколько.

Я не использовал ни один из описанных выше алгоритмов - но было бы неплохо сравнить его с другими решениями.

#!/usr/local/bin/perl -w

use strict;

my $from = [0,0];
my $to   = [7,7];

my $f_from = flat($from);
my $f_to   = flat($to);

my $max_x = 7;
my $max_y = 7;
my @moves = ([-1,2],[1,2],[2,1],[2,-1],[1,-2],[-1,-2],[-2,-1],[-2,1]);
my %squares = ();
my $i = 0;
my $min = -1;

my @s = ( $from );

while ( @s ) {

   my @n = ();
   $i++;

   foreach my $s ( @s ) {
       unless ( $squares{ flat($s) } ) {
            my @m = moves( $s );
            push @n, @m;
            $squares{ flat($s) } = { i=>$i, n=>{ map {flat($_)=>1} @m }, };

            $min = $i if $squares{ flat($s) }->{n}->{$f_to};
       }
   }

   last if $min > -1;
   @s = @n;
}

show_path( $f_to, $min );

sub show_path {
    my ($s,$i) = @_;

    return if $s eq $f_from;

    print "$i => $f_to\n" if $i == $min;

    foreach my $k ( keys %squares ) {
       if ( $squares{$k}->{i} == $i && $squares{$k}->{n}->{$s} ) {
            $i--;
            print "$i => $k\n";
            show_path( $k, $i );
            last;
       }
    }
}

sub flat { "$_[0]->[0],$_[0]->[1]" }

sub moves {
    my $c = shift;
    my @s = ();

    foreach my $m ( @moves ) {
       my $x = $c->[0] + $m->[0];
       my $y = $c->[1] + $m->[1];

       if ( $x >= 0 && $x <=$max_x && $y >=0 && $y <=$max_y) {
           push @s, [$x, $y];
       }
    }
    return @s;
}

__END__

Answer 3

Вот моя программа. Это не идеальное решение. В рекурсивную функцию нужно внести много изменений. Но этот конечный результат идеален. Я попытался немного оптимизировать.

public class KnightKing2 {
    private static int tempCount = 0;

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        int ip1 = Integer.parseInt(in.nextLine().trim());
        int ip2 = Integer.parseInt(in.nextLine().trim());
        int ip3 = Integer.parseInt(in.nextLine().trim());
        int ip4 = Integer.parseInt(in.nextLine().trim());
        in.close();
        int output = getStepCount(ip1, ip2, ip3, ip4);
        System.out.println("Shortest Path :" + tempCount);

    }

    // 2 1 6 5 -> 4
    // 6 6 5 5 -> 2

    public static int getStepCount(int input1, int input2, int input3, int input4) {
        return recurse(0, input1, input2, input3, input4);

    }

    private static int recurse(int count, int tx, int ty, int kx, int ky) {

        if (isSolved(tx, ty, kx, ky)) {
            int ccount = count+1;
            System.out.println("COUNT: "+count+"--"+tx+","+ty+","+ccount);
            if((tempCount==0) || (ccount<=tempCount)){
                tempCount = ccount;
            }
            return ccount;
        }

            if ((tempCount==0 || count < tempCount) && ((tx < kx+2) && (ty < ky+2))) {
                if (!(tx + 2 > 8) && !(ty + 1 > 8)) {
                    rightTop(count, tx, ty, kx, ky);

                }
                if (!(tx + 2 > 8) && !(ty - 1 < 0)) {
                    rightBottom(count, tx, ty, kx, ky);
                }
                if (!(tx + 1 > 8) && !(ty + 2 > 8)) {
                    topRight(count, tx, ty, kx, ky);
                }
                if (!(tx - 1 < 0) && !(ty + 2 > 8)) {
                    topLeft(count, tx, ty, kx, ky);
                }
                if (!(tx + 1 > 8) && !(ty - 2 < 0)) {
                     bottomRight(count, tx, ty, kx, ky);
                }
                if (!(tx - 1 < 0) && !(ty - 2 < 0)) {
                     bottomLeft(count, tx, ty, kx, ky);
                }
                if (!(tx - 2 < 0) && !(ty + 1 > 8)) {
                    leftTop(count, tx, ty, kx, ky);
                }
                if (!(tx - 2 < 0) && !(ty - 1 < 0)) {
                    leftBottom(count, tx, ty, kx, ky);
                }
            }

        return count;

    }

    private static int rightTop(int count, int tx, int ty, int kx, int ky) {
        return count + recurse(count + 1, tx + 2, ty + 1, kx, ky);

    }

    private static int topRight(int count, int tx, int ty, int kx, int ky) {
        return count + recurse(count + 1, tx + 1, ty + 2, kx, ky);
    }

    private static int rightBottom(int count, int tx, int ty, int kx, int ky) {
        return count + recurse(count + 1, tx + 2, ty - 1, kx, ky);
    }

    private static int bottomRight(int count, int tx, int ty, int kx, int ky) {
        return count + recurse(count + 1, tx + 1, ty - 2, kx, ky);
    }

    private static int topLeft(int count, int tx, int ty, int kx, int ky) {
        return count + recurse(count + 1, tx - 1, ty + 2, kx, ky);
    }

    private static int bottomLeft(int count, int tx, int ty, int kx, int ky) {
        return count + recurse(count + 1, tx - 1, ty - 2, kx, ky);
    }

    private static int leftTop(int count, int tx, int ty, int kx, int ky) {
        return count + recurse(count + 1, tx - 2, ty + 1, kx, ky);
    }

    private static int leftBottom(int count, int tx, int ty, int kx, int ky) {
        return count + recurse(count + 1, tx - 2, ty - 1, kx, ky);
    }

    private static boolean isSolved(int tx, int ty, int kx, int ky) {
        boolean solved = false;
        if ((tx == kx) && (ty == ky)) {
            solved = true;
        } else if ((tx + 2 == kx) && (ty + 1 == ky)) { // right top
            solved = true;
        } else if ((tx + 2 == kx) && (ty - 1 == ky)) { // right bottom
            solved = true;
        } else if ((ty + 2 == ky) && (tx + 1 == kx)) {// top right
            solved = true;
        } else if ((ty + 2 == ky) && (tx - 1 == kx)) {// top left
            solved = true;
        } else if ((tx - 2 == kx) && (ty + 1 == ky)) { // left top
            solved = true;
        } else if ((tx - 2 == kx) && (ty - 1 == ky)) {// left bottom
            solved = true;
        } else if ((ty - 2 == ky) && (tx + 1 == kx)) { // bottom right
            solved = true;
        } else if ((ty - 2 == ky) && (tx - 1 == kx)) { // bottom left
            solved = true;
        }

        return solved;
    }

}

Answer 4

Вот версия C, основанная на коде Мустафы Сердара Шанлы, которая работает для конечной доски:

#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define test(x1, y1, x2, y2) (sx == x1 && sy == y1 &&tx == x2 &&ty == y2) || (sx == x2 && sy == y2 && tx == x1 && ty==y1)

int distance(int sx, int sy, int tx, int ty) {
    int x, y, t;
    double delta;

    // special corner cases 
    if (test(1, 1, 2, 2) || 
        test(7, 7, 8, 8) || 
        test(7, 2, 8, 1) || 
        test(1, 8, 2, 7))
        return 4;

    // axes symmetry 
    x = abs(sx - tx);
    y = abs(sy - ty);

    // diagonal symmetry 
    if (x < y) {
        t = x;
        x = y;
        y = t;
    }

    // 2 corner cases
    if (x == 1 && y == 0)
        return 3;
    if (x == 2 && y == 2)
        return 4;

    // main
    delta = x - y;
    if (y > delta) {
        return (int)(delta - 2 * floor((delta - y) / 3));
    }
    else {
        return (int)(delta - 2 * floor((delta - y) / 4));
    }
}

Проверьте это здесь с доказательством против рекурсивного решения

Answer 5

вот PHP-версия функции Жюля Мэй

function knightDistance($x, $y)
{
    $x = abs($x);
    $y = abs($y);

    if($x < $y)
    {
        $tmp = $x;
        $x = $y;
        $y = $tmp;
    }

    if($x > 2 * $y)
    {
        $n7 = 0;
        $n8 = floor(($x + 2*$y) / 4);
        $n10 = floor(($x - 2*$y +1) / 4);
    }
    else
    {
        $n7 = floor((2*$y - $x) / 3);
        $n8 = floor((2*$x - $y) / 3);
        $n10 = 0;
    }

    $x -= 2 * $n8 + $n7 + 2 * $n10;
    $y -= $n8 + 2 * $n7 - $n10;

    if($x == 1 && $y == 0)
    {
        if($n8 > 0)
        {
            $x = 3;
            $y = 1;
            $n8--;
        }
    }
    if($x == 2 && $y == 2)
    {
        if($n8 > 0)
        {
            $x = 3;
            $y = 1;
            $n8--;
            $n7++;
        }
    }

    $cheatsheet = [[0, 3, 2], [2, 0, 2], [4]];

    return $n7 + $n8 + $n10 + $cheatsheet [$y][$x-$y];
}

Answer 6

Просто код ruby ​​из jsfiddle ответа Грэма Пайла выше , чередует весь дополнительный код и преобразует оставшийся в ruby, чтобы получить решение по его алгоритму, похоже, работает. Тем не менее, тестирование:

def getBoardOffset(board)
  return board.length / 2
end

def setMoveCount(x, y, count, board)
  offset = getBoardOffset(board)
  board[y + offset][x + offset] = count
end

def getMoveCount(x, y, board)
    offset = getBoardOffset(board)
    row = board[y + offset]
    return row[x + offset]
end

def isBottomOfVerticalCase(x, y)
    return (y - 2 * x) % 4 == 0
end

def isPrimaryDiagonalCase(x, y)
    return (x + y) % 2 == 0
end

def isSecondaryDiagonalCase(x, y)
    return (x + y) % 2 == 1
end

def simplifyBySymmetry(x, y)
    x = x.abs
    y = y.abs
    if (y < x)
      t = x
      x = y
      y = t
    end
    return {x: x, y: y}
end

def getPrimaryDiagonalCaseMoveCount(x, y)
    var diagonalOffset = y + x
    var diagonalIntersect = diagonalOffset / 2
    return ((diagonalIntersect + 2) / 3).floor * 2
end

def getSpecialCaseMoveCount(x, y)
    specials = [{
            x: 0,
            y: 0,
            d: 0
        },
        {
            x: 0,
            y: 1,
            d: 3
        },
        {
            x: 0,
            y: 2,
            d: 2
        },
        {
            x: 0,
            y: 3,
            d: 3
        },
        {
            x: 2,
            y: 2,
            d: 4
        },
        {
            x: 1,
            y: 1,
            d: 2
        },
        {
            x: 3,
            y: 3,
            d: 2
        }
    ];
    matchingSpecial=nil
    specials.each do |special|
      if (special[:x] == x && special[:y] == y)
        matchingSpecial = special
      end
    end
    if (matchingSpecial)
      return matchingSpecial[:d]
    end
end

def isVerticalCase(x, y)
  return y >= 2 * x
end

def getVerticalCaseMoveCount(x, y)
    normalizedHeight = getNormalizedHeightForVerticalGroupCase(x, y)
    groupIndex = (normalizedHeight/4).floor
    groupStartMoveCount = groupIndex * 2 + x
    return groupStartMoveCount + getIndexInVerticalGroup(x, y)
end

def getIndexInVerticalGroup(x, y)
    return getNormalizedHeightForVerticalGroupCase(x, y) % 4
end

def getYOffsetForVerticalGroupCase(x) 
    return x * 2
end

def getNormalizedHeightForVerticalGroupCase(x, y)
    return y - getYOffsetForVerticalGroupCase(x)
end

def getSecondaryDiagonalCaseMoveCount(x, y)
    diagonalOffset = y + x
    diagonalIntersect = diagonalOffset / 2 - 1
    return ((diagonalIntersect + 2) / 3).floor * 2 + 1
end

def getMoveCountO1(x, y)
    newXY = simplifyBySymmetry(x, y)
    x = newXY[:x]
    y = newXY[:y]
    specialMoveCount = getSpecialCaseMoveCount(x ,y)
    if (specialMoveCount != nil)
      return specialMoveCount
    elsif (isVerticalCase(x, y))
      return getVerticalCaseMoveCount(x ,y)
    elsif (isPrimaryDiagonalCase(x, y))
      return getPrimaryDiagonalCaseMoveCount(x ,y)
    elsif (isSecondaryDiagonalCase(x, y))
      return getSecondaryDiagonalCaseMoveCount(x ,y)
    end
end

def solution(x ,y)
  return getMoveCountO1(x, y)
end


puts solution(0,0)

Единственное намерение - сэкономить время на преобразование кода, если кому-то нужен полный код.