这一节是本文的核心内容,即推箱子游戏求解算法的设计思路过程
前面已经说过过,推断局面反复的最好标准不是局面全然一致,而是坐标排序同样且角色坐标通行
例如以下图。角色不管怎么移动,不推动箱子的时候。都能回到原来的位置。算作同一个局面:
再例如以下图。两个箱子互换位置,结果与没有移动箱子是一样的,所以排序箱子坐标以后一致。还是同样局面
问:有必要推断局面反复吗?是不是仅仅是提升一下效率?
答:不是为了提升效率,而是为了能解出来,假设使用递归,重复的局面重复耗尽堆栈,而队列则耗尽内存
正如上图,重复推这两个箱子往返。
问:排序全部箱子再比較,也太鸡肋了,有没精髓?
答:有。那就是哈希表,只是哈希表有一丝隐隐的风险,那就是假设计算结果哈希不同,那么两团棉花数据肯定不同
可是假设结果同样,两团棉花数据也可能不同,当然同样数据长度不同数据哈希同样的概率极其低。像MD5那样把数
据长度加进去哈希的。反复就更加低。把地球的沙子都哈希一遍可能也就几颗反复。为了速度,我使用CRC32
问:那么,有了上面的基础。把搬运工向四个方向移动生成快照。然后递归下去即可了吗?
答:理论上是能够的,只是如上面所说。搬运工不推动箱子的时候。没有意义,属于闲走,我们的对象应该转移到箱子
上,而不是搬运工。
把每一个箱子向四个方向推动都生成快照,过滤反复,并“递归”直到全部的箱子归位
综上所述。我们就能够開始动工了,给个小问题思考。得到解法后,会不会还有更好的解法?或者换个问法:队列的处理怎样进行?
我的方案是:先入先出。即先增加队列的先处理。这样保证更低步数的快照,先被分析。更低的步数当然是更好的解法,终于第一个
解法自然是最优解法……
场景数据结构:
#pragma pack(4) // STAR.Value(__int64)默认以64位对齐typedef struct tagStage{ UINT Volume; // 结构体实际大小(加速计算) UINT Flags; // 场景标识 PSTAR Stars; // 箱子位置列表(内部指针, 不释放, 数量为.Count) PSTAR Series; // 排序箱子坐标(内部指针, 不释放, 数量为.Count) UINT Count; // 箱子数量(目标数量) UINT Value; // 归位数量 UINT Hash; // 场景指纹(箱子坐标排序哈希值) tagStage *Prev; // 上个场景(游戏中连接队列操作, 伪指针, 不释放) tagStage *Next; // 下个场景(游戏中连接队列操作, 伪指针, 不释放) tagStage *Host; // 父级场景(求解时反向父级搜索得到解法路径, 伪指针, 不释放) union { STAR Size; // 场景尺寸 struct { long SizeX; // 场景宽度(列数) long SizeY; // 场景高度(行数) }; }; union { STAR Position; // 角色当前位置 struct { long PosX; // 角色水平位置 long PosY; // 角色垂直位置 }; }; union { STAR Automation; // 自己主动寻路位置 struct { long AutoX; // 寻路水平坐标 long AutoY; // 寻路垂直坐标 }; }; PMOVE Moves; // 可行走法列表(内部指针, 不释放, 数量为.Count * 4: 四个方向) UINT Range; // 可行走法数量 UINT Index; // 当前測试走法 UINT Slaves; // 剩余未分析的子场景数量 UINT Layer; // 当前步数 union { BYTE Matrix[1]; // 矩阵数据 long Data; };} STAGE, *PSTAGE;#pragma pack()当中的内部指针指向结构体内部,比方Stars指向各个箱子的坐标,而不用转换Matrix再计算偏移。我们用32位内存。换取20多条汇编指令
一个刺客换一个王朝。,,好快的剑……
STAR是AlphaStar算法的数据结构。是一个坐标对
typedef union tagStar{ // Point type(8B) struct { long X; long Y; }; __int64 Value;} STAR, *PSTAR;Move是走法信息,记录了某种走法所影响到的数据,占48个字节。也存储与结构体内部,限于篇幅这里就不详述
然后是队列数据结构:
typedef struct tagQueue{ // 与堆栈不同, 先进先出 UINT Volume; // 队列容量(字节数) UINT Size; // 元素内存大小 UINT Count; // 元素上限索引 UINT Value; // 当前元素个数(下个索引) UINT Used; // 已用元素个数 UINT Step; // 结果步数 PSTAGE Active; // 首个活动场景(从此弹出) PSTAGE Backup; // 末尾活动场景(向此压入) PSTAGE Stages; // 过期场景(压入弹出) PSHOT Shots; // 失败快照列表(外部指针, 外部释放) PSTACK Stacks; // 扫描坐标列表(外部指针, 外部释放) union { BYTE Dummy[1]; UINT Data; };} QUEUE, *PQUEUE;解法的逻辑步骤例如以下:
1.初始化队列。提取第一个场景到当前场景
2.当前场景全部箱子归位。函数返回
3.分析场景得到若干个新场景,过滤反复
4.过滤后新场景数量为零,场景无解,删除场景(可优化,见下一篇)
5.追加新场景到队列。分析队列下一个场景。反复2-4
6.队列场景数量为零,场景无解(或队列太小,内存不足)
依据上一级场景生成新场景的函数代码(其它代码见资源包,限于篇幅。这里不具体列出):
// 从队列中申请一个场景, 并以当前场景填充, 扫描后检測反复, 有效则追加到队列PSTAGE fnStageNext(PQUEUE pQueue, PSTAGE pStage, int *pdwCode){ PSTAGE pNext; // 生成下一步场景 PMOVE pMove; int dwRet; pNext = fnQueueApply(pQueue); if(pNext == NULL) { if(pdwCode) *pdwCode = 0; // 队列耗尽 fnStageCode(SEC_CACHE_NULL); return NULL; } // 复制上级数据, 修正指针 V32Copy(pNext, pStage, pStage->Volume); pNext->Host = pStage; // .Prev和.Next在丢弃前或增加队列时赋值 fnStagePtr(pNext); // 修正内部指针 // 依据当前动作, 推动场景 pMove = &pStage->Moves[pStage->Index];#ifdef _DEBUG //fnPrint("当前场景=0x%08X, 父级场景=0x%08X, 玩家=(%d, %d), 箱子:\r\n", pStage, pStage->Host, pStage->PosX, pStage->PosY); //fnPrintBox(pStage); //fnPrint("当前动作: 箱子%d移至(%d, %d), 玩家移至(%d, %d), 寻路坐标为(%d, %d).\r\n\r\n", // pMove->Index, pMove->ObjX, pMove->ObjY, pMove->PortX, pMove->PortY, pMove->MoveX, pMove->MoveY);#endif fnStagePush(pNext, pMove, SMF_MOVE_NONE); // 应用走法 pNext->Range = 0; // 没有走法 pNext->Index = 0; // ... pNext->Layer++; // 步数 // 扫描线填充可通行单元 if(pNext->PosX == 2 && pNext->PosY == 4) { dwRet = 0; } dwRet = fnStageScan(pQueue, pNext); // 检验局面反复 pNext->Hash = fnStageHash(pNext->Stars, pNext->Series, pNext->Count); // 排序计算哈希 dwRet = fnStageLoop(pQueue, pNext); if(dwRet != 0) {#ifdef _DEBUG fnPrint("丢弃反复场景=0x%08X.\r\n", pStage);#endif pNext->Prev = NULL; // 孤立, 防止队列删除(场景尚未增加队列, 仅仅追加到回收链表) pNext->Next = NULL; fnQueueRemove(pQueue, pNext); // 移除场景 if(pdwCode) *pdwCode = -1; // 反复局面 fnStageCode(SEC_ERROR_NONE); // 清零错误 return NULL; } // 函数返回 if(pdwCode) *pdwCode = 1; return pNext;}执行效果如图所看到的:
debug记录文件内容(下一节说说,程序的进一步优化。这个结果未经过优化):
開始求解, 队列尺寸=8192, 解法尺寸=200...求解成功, 队列使用峰值=3869, 剩余有效个数=3867!(4, 1)<4, 2>(3, 5)<3, 4>(2, 4)<2, 3>(5, 4)<4, 4>(4, 2)<4, 3><3, 3><3, 4>(1, 3)<2, 3><3, 3><4, 3>(6, 3)<5, 3>(5, 4)<4, 4><3, 4>(3, 3)<4, 3>(1, 4)<2, 4>(5, 4)<5, 3>(2, 4)<3, 4>(2, 1)<2, 2><2, 3>(3, 6)<3, 5><3, 4><4, 4>(1, 4)<2, 4><3, 4>(6, 2)<5, 2>(4, 3)<3, 3>(5, 5)<5, 4>(3, 4)<4, 4>(1, 3)<2, 3>(4, 1)<4, 2><4, 3><3, 3>(2, 4)<2, 3>(6, 3)<5, 3><4, 3><3, 3>(5, 5)<5, 4>(3, 4)<4, 4>(6, 3)<5, 3><5, 4>(3, 3)<4, 3>(1, 3)<2, 3>(2, 1)<2, 2>最优解法推动 43 次, 寻路 29 次, 合计坐标 72 个!