git.cworth.org Git - rrsolve/blob - src/rrsolve.c

   1 /* rrsolve - Simple RR solver and librr client.
   2  *
   3  * Copyright © 2003 Carl Worth
   4  *
   5  * Permission to use, copy, modify, distribute, and sell this software
   6  * and its documentation for any purpose is hereby granted without
   7  * fee, provided that the above copyright notice appear in all copies
   8  * and that both that copyright notice and this permission notice
   9  * appear in supporting documentation, and that the name of Carl Worth
  10  * not be used in advertising or publicity pertaining to distribution
  11  * of the software without specific, written prior permission.
  12  * Carl Worth makes no representations about the suitability of this
  13  * software for any purpose.  It is provided "as is" without express
  14  * or implied warranty.
  15  *
  16  * CARL WORTH DISCLAIMS ALL WARRANTIES WITH REGARD TO THIS SOFTWARE,
  17  * INCLUDING ALL IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS, IN
  18  * NO EVENT SHALL CARL WORTH BE LIABLE FOR ANY SPECIAL, INDIRECT OR
  19  * CONSEQUENTIAL DAMAGES OR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM LOSS
  20  * OF USE, DATA OR PROFITS, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT,
  21  * NEGLIGENCE OR OTHER TORTIOUS ACTION, ARISING OUT OF OR IN
  22  * CONNECTION WITH THE USE OR PERFORMANCE OF THIS SOFTWARE.
  23  *
  24  * Author: Carl Worth <carl@theworths.org>
  25  */
  26
  27 #include <stdio.h>
  28 #include <stdlib.h>
  29 #include <string.h>
  30 #include <sys/time.h>
  31 #include <time.h>
  32
  33 #include "rrsolve.h"
  34
  35 #define HOST "localhost"
  36 #define PORT "5252"
  37 #define USER "rrsolve"
  38 #define GAME "game"
  39
  40 /* Tuning this can reduce excess reallocs */
  41 #define RRS_BRANCHING_FACTOR_ESTIMATE 10
  42
  43 #define RRS_STATE_SET_ROBOT(s, ri, x, y) ((s) |= (((y) << ((ri)<<3)) | ((x) << (((ri)<<3) + 4))))
  44 #define RRS_STATE_GET_ROBOT(s, ri, x, y) { (y) = ((s) >> ((ri)<<3)) & 0xf; (x) = ((s) >> (((ri)<<3) + 4)) & 0xf; }
  45
  46 static void
  47 handle_events (rr_client_t *client);
  48
  49 static rrs_state_t
  50 rrs_state_get_from_board (rr_board_t *board);
  51
  52 static void
  53 rrs_solution_print (rrs_solution_t *solution);
  54
  55 static rr_status_t
  56 solve_board (rr_board_t *board, rrs_solution_t *solution);
  57
  58 static rr_status_t
  59 find_solution_states (rr_board_t *board,
  60                       rrs_state_buf_t ***solution_states,
  61                       int *num_state_buf,
  62                       rrs_state_t *final_state);
  63
  64 static int
  65 rrs_find_new_states (rr_board_t *board,
  66                      rrs_state_buf_t **previous,
  67                      int moves,
  68                      rrs_state_buf_t *new,
  69                      rrs_state_t *solution_state);
  70
  71 static void
  72 trace_solution (rr_board_t *board,
  73                 rrs_state_buf_t **states, int moves,
  74                 rrs_state_t solution_state,
  75                 rrs_solution_t *solution);
  76
  77 char TOUGH[] = "\n"
  78 " === === === === === === === === === === === === === === === === \n"
  79 "|... ... ... ...|r.. ... ... ... ... ... ... ...|... ... ... ...|\n"
  80 "                                                     ===         \n"
  81 "|... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...|.rs Y.. ...|\n"
  82 "                                                                 \n"
  83 "|... ... ... ... ... .bo|... ... ... .bt|... ... ... ... ... ...|\n"
  84 "                     ===             ===                         \n"
  85 "|... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...|\n"
  86 "                                                             === \n"
  87 "|... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...|\n"
  88 "         ===                                                     \n"
  89 "|... ... .gc|... ... ... ...|.rt ... ... ... ... ... ...|.go ...|\n"
  90 " ===                         ===             ===         ===     \n"
  91 "|... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .yc|... ... ... ...|\n"
  92 "     ===                     === ===                             \n"
  93 "|...|.YS ... ... ... ... ...|... ...|... ... ... ... ... ... ...|\n"
  94 "                                                 ===             \n"
  95 "|... ... ... ... ... ... ...|... ...|... ... ...|.ww ... ... ...|\n"
  96 "     ===             ===     === ===                             \n"
  97 "|... .yo|... ... ...|bbs ... ... ... ...|.bc ... ... ... ... ...|\n"
  98 "                                         ===                     \n"
  99 "|... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...|\n"
 100 " ===                                                         === \n"
 101 "|... ... ... ... ... ... ... ... ... .yt|... ... ... ... ... ...|\n"
 102 "                                     ===                 ===     \n"
 103 "|... ... ... ... ... ... .rc|... ... ... ... ... ... ... .gs|...|\n"
 104 "                         ===                                     \n"
 105 "|... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... g..|\n"
 106 "                                                     ===         \n"
 107 "|... ...|.gt ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...|.ro ... ...|\n"
 108 "         ===                                                     \n"
 109 "|... ... ... ... ... ...|... ... ... ... ...|... ... ... ... ...|\n"
 110 " === === === === === === === === === === === === === === === === ";
 111 /*
 112 Move #1 generated 11 new states.
 113 Move #2 generated 59 new states.
 114 Move #3 generated 216 new states.
 115 Move #4 generated 640 new states.
 116 Move #5 generated 1701 new states.
 117 Move #6 generated 4239 new states.
 118 Move #7 generated 10041 new states.
 119 Move #8 generated 22678 new states.
 120 Move #9 generated 49103 new states.
 121 Move #10 generated 102154 new states.
 122 Move #11 generated 204086 new states.
 123 Move #12 generated 391534 new states.
 124 Move #13 generated 722808 new states.
 125 Move #14 generated 1285932 new states.
 126 Move #15 generated 2204971 new states.
 127 Found solution of 16 moves in 3694.8 seconds.
 128 Traced solution in 0.052438 seconds.
 129 Solution (16 moves):
 130     Move #0: yellow east, south, west
 131 Move #3: green south, west, north
 132 Move #6: blue east, north, west, south
 133 Move #10: yellow south, east, south
 134 Move #13: green west
 135 Move #14: yellow north
 136 */
 137
 138 int
 139 main (int argc, char *argv[])
 140 {
 141     args_t args;
 142     rr_status_t status;
 143     rr_client_t *client;
 144
 145     args_parse (&args, argc, argv);
 146
 147     client = rr_client_create (args.host, args.port, args.user);
 148     if (client == NULL) {
 149         fprintf (stderr, "Failed connecting to %s:%s as %s\n",
 150                  args.host, args.port, args.user);
 151         return 1;
 152     }
 153
 154     status = rr_client_join (client, GAME);
 155     if (status == RR_STATUS_NO_GAME)
 156         status = rr_client_new (client, GAME);
 157     if (status) {
 158         fprintf (stderr, "Error joining or creating game: %s\n", rr_status_str (status));
 159         return 1;
 160     }
 161
 162     handle_events (client);
 163
 164     rr_client_destroy (client);
 165
 166     return 0;
 167 }
 168
 169 static void
 170 handle_events (rr_client_t *client)
 171 {
 172     int i;
 173     rr_status_t status;
 174     rr_notice_t *notice;
 175     rrs_solution_t solution;
 176     rr_board_t *board = NULL;
 177     char *diagram;
 178     struct timespec move_delay = { 1, 200000000l };
 179
 180     while (1) {
 181         status = rr_client_next_notice (client, &notice);
 182         if (status) {
 183             fprintf (stderr, "ERROR during rr_client_next_notice: %s\n",
 184                      rr_status_str (status));
 185             return;
 186         }
 187
 188         printf ("Received notice of type %d\n", notice->type);
 189
 190         switch  (notice->type) {
 191         case RR_NOTICE_GAMEOVER:
 192         case RR_NOTICE_JOIN:
 193             status = rr_client_show (client, &diagram);
 194             if (status) {
 195                 fprintf (stderr, "Error in rr_client_show: %s\n", rr_status_str (status));
 196                 goto DONE;
 197             }
 198             if (board == NULL)
 199                 board = rr_board_create_from_str (diagram);
 200             else
 201                 rr_board_parse (board, diagram);
 202
 203             /* XXX: Fixing the server to send a NOTICE TURN here would let me drop this code */
 204             rrs_solution_init (&solution);
 205             solve_board (board, &solution);
 206             rr_client_bid (client, solution.num_moves);
 207             break;
 208         case RR_NOTICE_TURN:
 209             rr_board_set_goal_target (board, notice->u.target);
 210             rrs_solution_init (&solution);
 211             solve_board (board, &solution);
 212             rr_client_bid (client, solution.num_moves);
 213             break;
 214         case RR_NOTICE_ACTIVATE:
 215             for (i = 0; i < solution.num_moves; i++) {
 216                 status = rr_client_move (client,
 217                                          solution.move[i].robot,
 218                                          solution.move[i].dir);
 219                 if (status) {
 220                     rr_client_message (client, "Drat, looks like I was wrong.");
 221                     rr_client_pass (client);
 222                     break;
 223                 }
 224                 nanosleep (&move_delay, NULL);
 225             }
 226             rrs_solution_fini (&solution);
 227             break;
 228         case RR_NOTICE_ABANDON:
 229             rr_client_abandon (client);
 230             break;
 231         case RR_NOTICE_NOBID:
 232             rr_client_nobid (client);
 233             break;
 234         case RR_NOTICE_POSITION:
 235             rr_board_position_robot (board,
 236                                      notice->u.position.robot,
 237                                      notice->u.position.x,
 238                                      notice->u.position.y);
 239             break;
 240         case RR_NOTICE_GAMESTATE:
 241             if (notice->u.gamestate == RR_GAMESTATE_SHOW) {
 242                 if (solution.num_moves) {
 243                     printf ("My solution (%d moves):", solution.num_moves);
 244                     rrs_solution_print (&solution);
 245                 }
 246             }
 247             break;
 248         case RR_NOTICE_GAME:
 249         case RR_NOTICE_USER:
 250         case RR_NOTICE_QUIT:
 251         case RR_NOTICE_DISPOSE:
 252         case RR_NOTICE_MESSAGE:
 253         case RR_NOTICE_WATCH:
 254         case RR_NOTICE_PART:
 255         case RR_NOTICE_BID:
 256         case RR_NOTICE_REVOKE:
 257         case RR_NOTICE_TIMER:
 258         case RR_NOTICE_ACTIVE:
 259         case RR_NOTICE_MOVE:
 260         case RR_NOTICE_UNDO:
 261         case RR_NOTICE_RESET:
 262         case RR_NOTICE_SCORE:
 263             /* Ignore these notices */
 264             break;
 265         }
 266     }
 267
 268   DONE:
 269     if (board)
 270         rr_board_destroy (board);
 271 }
 272
 273 static void
 274 rrs_solution_print (rrs_solution_t *solution)
 275 {
 276     int i;
 277     rr_robot_t last_robot;
 278     rrs_move_t *move;
 279
 280     last_robot = RR_ROBOT_NONE;
 281     for (i=0; i < solution->num_moves; i++) {
 282         move = &solution->move[i];
 283         if (move->robot == last_robot)
 284             printf (", %s", rr_direction_str (move->dir));
 285         else
 286             printf ("\n Move #%d: %s %s",
 287                     i, rr_robot_str (move->robot), rr_direction_str (move->dir));
 288         last_robot = move->robot;
 289     }
 290     printf ("\n");
 291 }
 292
 293 static rrs_state_t
 294 rrs_state_get_from_board (rr_board_t *board)
 295 {
 296     int i;
 297     int x, y;
 298     rrs_state_t state;
 299
 300     state = 0;
 301
 302     for (i=0; i < RR_NUM_ROBOTS; i++) {
 303         rr_board_find_robot (board, rr_robot_from_idx (i), &x, &y);
 304         RRS_STATE_SET_ROBOT (state, i, x, y);
 305     }
 306
 307     return state;
 308 }
 309
 310 static void
 311 rrs_state_set_board (rrs_state_t state, rr_board_t *board)
 312 {
 313     int i;
 314     int x, y;
 315
 316     for (i=0; i < RR_NUM_ROBOTS; i++) {
 317         RRS_STATE_GET_ROBOT (state, i, x, y);
 318         rr_board_position_robot (board, rr_robot_from_idx (i), x, y);
 319     }
 320
 321 }
 322
 323 static rr_status_t
 324 solve_board (rr_board_t *board, rrs_solution_t *solution)
 325 {
 326     rr_status_t status;
 327     int i, moves;
 328     rrs_state_t solution_state;
 329     rrs_state_buf_t **states;
 330     struct timeval tv_start, tv_end;
 331
 332     if (rr_board_solved (board)) {
 333         printf ("Board is solved to begin with.\n");
 334         return RR_STATUS_SUCCESS;
 335     }
 336
 337     printf ("Now trying to solve:");
 338     puts (rr_board_to_str (board));
 339
 340     gettimeofday (&tv_start, NULL);
 341
 342     status = find_solution_states (board, &states, &moves, &solution_state);
 343     if (status)
 344         return status;
 345
 346     gettimeofday (&tv_end, NULL);
 347
 348     if (moves < 0) {
 349         printf ("It seems impossible.\n");
 350     } else {
 351         printf ("Found solution of %d moves in %g seconds.\n",
 352                 moves,
 353                 tv_end.tv_sec - tv_start.tv_sec
 354                 + (tv_end.tv_usec - tv_start.tv_usec) / 1e6);
 355
 356         gettimeofday (&tv_start, NULL);
 357
 358         trace_solution (board, states, moves, solution_state, solution);
 359
 360         gettimeofday (&tv_end, NULL);
 361
 362         printf ("Traced solution in %g seconds.\n",
 363                 tv_end.tv_sec - tv_start.tv_sec
 364                 + (tv_end.tv_usec - tv_start.tv_usec) / 1e6);
 365     }
 366
 367     for (i=0; i <= moves; i++) {
 368         rrs_state_buf_destroy (states[i]);
 369         states[i] = NULL;
 370     }
 371
 372     free (states);
 373
 374     return RR_STATUS_SUCCESS;
 375 }
 376
 377 static int
 378 rrs_state_connected (rrs_state_t a, rrs_state_t b,
 379                      rr_robot_t *robot, rr_direction_t *dir)
 380 {
 381     int i;
 382     int nib;
 383     rrs_state_t diff, mask;
 384     int shift, delta;
 385
 386     diff = a ^ b;
 387
 388     nib = -1;
 389     for (i=0; i < 8; i++) {
 390         if (diff & 0xf) {
 391             if (nib > 0)
 392                 return 0;
 393             else
 394                 nib = i;
 395         }
 396         diff >>= 4;
 397     }
 398
 399     switch (nib) {
 400     case 0:
 401     case 1:
 402         *robot = RR_ROBOT_BLUE;
 403         break;
 404     case 2:
 405     case 3:
 406         *robot = RR_ROBOT_GREEN;
 407         break;
 408     case 4:
 409     case 5:
 410         *robot = RR_ROBOT_RED;
 411         break;
 412     case 6:
 413     case 7:
 414         *robot = RR_ROBOT_YELLOW;
 415         break;
 416     }
 417
 418     shift = 4 * nib;
 419     mask = 0xf << shift;
 420     delta = ((b & mask) >> shift) - ((a & mask) >> shift);
 421
 422     if (nib % 2)
 423         if (delta < 0)
 424             *dir = RR_DIRECTION_WEST;
 425         else
 426             *dir = RR_DIRECTION_EAST;
 427     else
 428         if (delta < 0)
 429             *dir = RR_DIRECTION_NORTH;
 430         else
 431             *dir = RR_DIRECTION_SOUTH;
 432
 433     return 1;
 434 }
 435
 436 static void
 437 trace_solution (rr_board_t *board,
 438                 rrs_state_buf_t **states, int moves,
 439                 rrs_state_t solution_state,
 440                 rrs_solution_t *solution)
 441 {
 442     rr_status_t status;
 443     int i, j;
 444     rrs_state_buf_t *buf;
 445     rr_robot_t robot;
 446     rr_direction_t dir;
 447
 448     for (i = moves-1; i >= 0; i--) {
 449         buf = states[i];
 450         for (j = 0; j < buf->num_states; j++) {
 451             if (rrs_state_connected (buf->state[j], solution_state,
 452                                      &robot, &dir)) {
 453                 rrs_state_set_board (buf->state[j], board);
 454                 status = rr_board_move (board, robot, dir);
 455                 if (status == RR_STATUS_SUCCESS) {
 456                     if (rrs_state_get_from_board (board) == solution_state) {
 457                         rrs_solution_prepend (solution, robot, dir);
 458                         solution_state = buf->state[j];
 459                         goto NEXT_MOVE;
 460                     }
 461                 }
 462             }
 463         }
 464         fprintf (stderr, "ERROR: Failed to trace solution backwards to 0x%x at move %d\n",
 465                  solution_state, i+1);
 466         break;
 467       NEXT_MOVE:
 468         ;
 469     }
 470 }
 471
 472 static rr_status_t
 473 find_solution_states (rr_board_t *board,
 474                       rrs_state_buf_t ***solution_states,
 475                       int *num_state_buf,
 476                       rrs_state_t *final_state)
 477 {
 478     int solved, moves;
 479     rrs_state_t initial;
 480     rrs_state_buf_t **states, **new_states;
 481
 482     states = malloc (sizeof (rrs_state_buf_t *));
 483     if (states == NULL)
 484         return RR_STATUS_NO_MEMORY;
 485
 486     initial = rrs_state_get_from_board (board);
 487
 488     states[0] = rrs_state_buf_create (1);
 489     if (states[0] == NULL)
 490         return RR_STATUS_NO_MEMORY;
 491     rrs_state_buf_add (states[0], initial);
 492
 493     moves = 0;
 494     while (1) {
 495         moves++;
 496
 497         new_states = realloc (states, (moves + 1) * sizeof (rrs_state_buf_t *));
 498         if (new_states == NULL)
 499             return RR_STATUS_NO_MEMORY;
 500
 501         states = new_states;
 502         states[moves] = rrs_state_buf_create (RRS_BRANCHING_FACTOR_ESTIMATE
 503                                               * states[moves-1]->num_states);
 504         if (states[moves] == NULL)
 505             return RR_STATUS_NO_MEMORY;
 506
 507         solved = rrs_find_new_states (board, states, moves-1, states[moves], final_state);
 508
 509         if (solved)
 510             break;
 511
 512         if (states[moves]->num_states == 0) {
 513             printf ("Can't make any further progress after %d moves.\n", moves);
 514             moves = -1;
 515             break;
 516         } else {
 517             printf ("Move #%d generated %d new states.\n",
 518                     moves, states[moves]->num_states);
 519         }
 520     }
 521
 522     *num_state_buf = moves;
 523     *solution_states = states;
 524
 525     return RR_STATUS_SUCCESS;
 526 }
 527
 528 static int
 529 state_has_been_seen (rrs_state_buf_t **previous,
 530                      int moves,
 531                      rrs_state_t state)
 532 {
 533     int i;
 534
 535     for (i=0; i <= moves; i++)
 536         if (rrs_state_buf_contains (previous[i], state))
 537             return 1;
 538     return 0;
 539 }
 540
 541 static int
 542 rrs_find_new_states (rr_board_t *board,
 543                      rrs_state_buf_t **previous,
 544                      int moves,
 545                      rrs_state_buf_t *new,
 546                      rrs_state_t *solution_state)
 547 {
 548     int i, ri;
 549     rr_direction_t dir;
 550     rrs_state_t state, new_state;
 551     rrs_state_buf_t *initial;
 552     rr_status_t status;
 553     rr_robot_t robot;
 554
 555     initial = previous[moves];
 556
 557     for (i = 0; i < initial->num_states; i++) {
 558         state = initial->state[i];
 559
 560         rrs_state_set_board (state, board);
 561         for (ri = 0; ri < RR_NUM_ROBOTS; ri++) {
 562             robot = rr_robot_from_idx (ri);
 563             for (dir = RR_DIRECTION_NORTH; dir <= RR_DIRECTION_EAST; dir++) {
 564                 status = rr_board_move (board, robot, dir);
 565                 if (status == RR_STATUS_SUCCESS) {
 566                     new_state = rrs_state_get_from_board (board);
 567                     if (! state_has_been_seen (previous, moves, new_state)) {
 568                         rrs_state_buf_add_sorted (new, new_state);
 569                         if (rr_board_solved (board)) {
 570                             *solution_state = new_state;
 571                             return 1;
 572                         }
 573                     }
 574                     rr_board_undo (board);
 575                 }
 576             }
 577         }
 578     }
 579
 580     return 0;
 581 }
 582