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+2 +3 +4 +9 +14 diff --git a/data/graphs.DarkMaze/in_5_2 b/data/graphs.DarkMaze/in_5_2 new file mode 100644 index 0000000..49c119f --- /dev/null +++ b/data/graphs.DarkMaze/in_5_2 @@ -0,0 +1,89 @@ +5 +13 +0 +0 +0 +0 +0 +0 +0 +0 +-1 +0 +2 +0 +1 +0 +-1 +0 +0 +0 +1 +0 +0 +-1 +1 +0 +1 +10 +3 3 2 0 +5 +18 +17 +16 +15 +10 +4 4 2 0 +7 +24 +19 +18 +17 +16 +15 +10 +1 1 2 0 +3 +6 +11 +10 +3 4 2 0 +6 +19 +18 +17 +16 +11 +10 +2 0 2 0 +0 +4 2 2 0 +5 +22 +17 +16 +11 +10 +4 2 2 0 +5 +22 +17 +16 +11 +10 +0 0 2 0 +3 +0 +5 +10 +3 0 2 0 +2 +15 +10 +0 2 2 0 +5 +2 +7 +6 +11 +10 diff --git a/data/graphs.DarkMaze/in_5_3 b/data/graphs.DarkMaze/in_5_3 new file mode 100644 index 0000000..4b7910d --- /dev/null +++ b/data/graphs.DarkMaze/in_5_3 @@ -0,0 +1,107 @@ +5 +13 +0 +0 +0 +0 +2 +0 +0 +0 +-1 +0 +0 +0 +1 +0 +-1 +0 +0 +0 +1 +0 +0 +-1 +1 +0 +1 +10 +4 3 0 4 +10 +23 +22 +17 +16 +11 +6 +7 +2 +3 +4 +2 4 0 4 +0 +1 0 0 4 +6 +5 +6 +7 +2 +3 +4 +4 4 0 4 +11 +24 +19 +18 +17 +16 +11 +6 +7 +2 +3 +4 +1 0 0 4 +6 +5 +6 +7 +2 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+10 +11 +6 +2 2 1 1 +3 +12 +11 +6 +2 4 1 1 +0 +1 0 1 1 +2 +5 +6 +4 1 1 1 +0 +1 0 1 1 +2 +5 +6 diff --git a/data/graphs.DarkMaze/in_5_6 b/data/graphs.DarkMaze/in_5_6 new file mode 100644 index 0000000..f2fd137 --- /dev/null +++ b/data/graphs.DarkMaze/in_5_6 @@ -0,0 +1,83 @@ +5 +13 +0 +0 +0 +0 +0 +0 +0 +0 +-1 +0 +0 +0 +1 +0 +-1 +0 +0 +0 +1 +2 +0 +-1 +1 +0 +1 +10 +3 2 3 4 +3 +17 +18 +19 +1 4 3 4 +11 +9 +4 +3 +2 +7 +6 +11 +16 +17 +18 +19 +1 3 3 4 +0 +2 4 3 4 +0 +2 0 3 4 +6 +10 +15 +16 +17 +18 +19 +4 1 3 4 +0 +3 3 3 4 +2 +18 +19 +4 2 3 4 +4 +22 +23 +24 +19 +2 1 3 4 +5 +11 +12 +17 +18 +19 +3 1 3 4 +4 +16 +17 +18 +19 diff --git a/data/graphs.DarkMaze/in_5_7 b/data/graphs.DarkMaze/in_5_7 new file mode 100644 index 0000000..1c41a5f --- /dev/null +++ b/data/graphs.DarkMaze/in_5_7 @@ -0,0 +1,87 @@ +5 +13 +0 +2 +0 +0 +0 +0 +0 +0 +-1 +0 +0 +0 +1 +0 +-1 +0 +0 +0 +1 +0 +0 +-1 +1 +0 +1 +10 +3 0 0 1 +5 +15 +10 +5 +0 +1 +1 1 0 1 +2 +6 +1 +1 3 0 1 +0 +4 3 0 1 +7 +23 +22 +17 +16 +11 +6 +1 +0 3 0 1 +3 +3 +2 +1 +3 2 0 1 +5 +17 +12 +7 +2 +1 +0 4 0 1 +4 +4 +3 +2 +1 +2 3 0 1 +5 +13 +12 +7 +2 +1 +2 1 0 1 +3 +11 +6 +1 +2 3 0 1 +5 +13 +12 +7 +2 +1 diff --git a/data/graphs.DarkMaze/in_5_8 b/data/graphs.DarkMaze/in_5_8 new file mode 100644 index 0000000..0a980fc --- /dev/null +++ b/data/graphs.DarkMaze/in_5_8 @@ -0,0 +1,116 @@ +5 +13 +0 +0 +0 +0 +0 +0 +0 +0 +-1 +0 +0 +0 +1 +0 +-1 +0 +0 +0 +1 +0 +0 +-1 +1 +2 +1 +10 +0 4 4 3 +10 +4 +3 +2 +7 +6 +11 +16 +17 +18 +23 +1 1 4 3 +6 +6 +11 +16 +17 +22 +23 +1 1 4 3 +6 +6 +11 +16 +17 +22 +23 +0 4 4 3 +10 +4 +3 +2 +7 +6 +11 +16 +17 +22 +23 +0 0 4 3 +8 +0 +5 +10 +15 +16 +17 +22 +23 +0 1 4 3 +7 +1 +6 +11 +16 +17 +18 +23 +3 0 4 3 +5 +15 +16 +17 +22 +23 +0 0 4 3 +8 +0 +5 +10 +15 +16 +17 +22 +23 +3 0 4 3 +5 +15 +16 +17 +18 +23 +3 2 4 3 +3 +17 +18 +23 diff --git a/data/graphs.DarkMaze/in_5_9 b/data/graphs.DarkMaze/in_5_9 new file mode 100644 index 0000000..f4b43e2 --- /dev/null +++ b/data/graphs.DarkMaze/in_5_9 @@ -0,0 +1,108 @@ +5 +13 +0 +0 +0 +0 +0 +0 +0 +0 +-1 +0 +0 +0 +1 +0 +-1 +0 +0 +0 +2 +0 +0 +-1 +1 +0 +1 +10 +2 1 3 3 +4 +11 +12 +17 +18 +1 4 3 3 +10 +9 +4 +3 +2 +7 +6 +11 +16 +17 +18 +3 1 3 3 +3 +16 +17 +18 +1 0 3 3 +6 +5 +10 +11 +16 +17 +18 +4 4 3 3 +3 +24 +19 +18 +1 4 3 3 +10 +9 +4 +3 +2 +7 +6 +11 +16 +17 +18 +0 0 3 3 +7 +0 +5 +10 +15 +16 +17 +18 +1 2 3 3 +4 +7 +12 +17 +18 +0 3 3 3 +8 +3 +2 +1 +6 +11 +16 +17 +18 +4 0 3 3 +5 +20 +15 +16 +17 +18 diff --git a/src/main/java/graphs/DarkMaze.java b/src/main/java/graphs/DarkMaze.java new file mode 100644 index 0000000..bf42a0e --- /dev/null +++ b/src/main/java/graphs/DarkMaze.java @@ -0,0 +1,303 @@ +package graphs; +import java.util.*; + +/** + * + * You are lost in a dark maze, and you want to find the exit. + * Fortunately you have got a flashlight to light the way. + * Your flashlight have a maximal power capacity. + * At every move you do you lose one level of your power capacity. + * When the power capacity falls to 0 you are definitively stuck in the maze. + * In the maze you can find battery that recharge your flashlight to the maximum capacity. + * You have to find the shortest path that leads you to the exit. + * The maze is represented by a matrix of integers (-1)-0-1-2 of size nxm. + * This matrix is a two-dimensional array. + * An entry equal to '-1' means that there + * is a wall and therefore this position is not accessible, + * while '0' means that the position is free. + * An entry equal to '1' means that there is battery. + * An entry equal to '2' means that there is an EXIT. + * We ask you to write a Java code to discover + * the shortest path between two coordinates + * on this matrix from (x1, y1) to (x2, y2). + * The moves can only be vertical (up/down) or horizontal (left/right) + * (not diagonal), one step at a time. + * The result of the path is an Iterable of + * coordinates from the origin to the destination. + * These coordinates are represented by integers + * between 0 and n * m-1, where an integer 'a' + * represents the position x =a/m and y=a%m. + * If the start or end position is a wall + * or if there is no path, an empty Iterable must be returned. + * The same applies if there is no path + * between the origin and the destination. + */ +public class DarkMaze { + + + static final int WALL = -1; + static final int BATTERY = 1; + static final int EXIT = 2; + + static final int[][] pos = new int[][] {{1,0}, {-1,0}, {0,1}, {0,-1}}; + + static HashMap> pathsToKeyPoint; + + + public static List findPath(int startX, int startY, int endX, int endY, int maxPower, int[][] maze){ + // BEGIN STRIP + if (maze[startX][startY] == WALL) return null; + + pathsToKeyPoint = new HashMap<>(); + int nRow = maze.length; + int nCol = maze[0].length; + int[] distTo = new int[nRow*nCol]; + int[] edgeTo = new int[nRow*nCol]; + int[] powerTrace = new int[nRow*nCol]; + int startIndex = ind(startX, startY, nCol); + + PriorityQueue PQ = new PriorityQueue<>(); + + for (int i = 0; i < nRow*nCol; i++){ + distTo[i] = Integer.MAX_VALUE; + powerTrace[i] = 0; + } + distTo[startIndex] = 0; + powerTrace[startIndex] = maxPower; + + + PQ.add(new Point(startX, startY, maxPower, 0)); + while (!PQ.isEmpty()){ + + Point current = PQ.poll(); + int x = current.x; + int y = current.y; + int indCurrent = ind(x, y, nCol); + + if (x == endX && y == endY) break; + + HashMap> neighbours = getNeighbours(current, maxPower, maze, powerTrace); + for ( Point neighbour : neighbours.keySet()) { + int neiX = neighbour.x; + int neiY = neighbour.y; + int indNeighbour = ind(neiX, neiY, nCol); + + if (distTo[indNeighbour] > distTo[indCurrent] + neighbour.cost){ + distTo[indNeighbour] = distTo[indCurrent] + neighbour.cost; + PQ.add(new Point(neiX, neiY, neighbour.power, distTo[indNeighbour])); + edgeTo[indNeighbour] = indCurrent; + pathsToKeyPoint.put(ind(neighbour.x, neighbour.y, nCol),neighbours.get(neighbour)); + } + } + } + int currentIndex = ind(endX, endY, nCol); + + if (pathsToKeyPoint.get(currentIndex)==null) return null; + + List path = new ArrayList<>(); + path.add(ind(endX, endY, nCol)); + + while (currentIndex != startIndex){ + List subPath = pathsToKeyPoint.get(currentIndex); + for (int i = 1; i < pathsToKeyPoint.get(currentIndex).size(); i++) { + path.add(subPath.get(i)); + } + currentIndex = edgeTo[currentIndex]; + } + + Collections.reverse(path); + + return path; + // END STRIP + // STUDENT return null; + } + + // BEGIN STRIP + /** + * + * @param start : point where we start + * @param maxPower : + * @param maze : matrix (m x n) + * @param powerTrace : + * @return + */ + private static HashMap> getNeighbours(Point start, int maxPower, int[][] maze, int[] powerTrace){ + + int nRow = maze.length; + int nCol = maze[0].length; + int[] distTo = new int[nRow*nCol]; + int[] edgeTo = new int[nRow*nCol]; + HashMap> keys = new HashMap<>(); + PriorityQueue PQ = new PriorityQueue<>(); + + for (int i = 0; i < nRow*nCol; i++) distTo[i] = Integer.MAX_VALUE; + distTo[ind(start.x, start.y, nCol)] = 0; + PQ.add(start); + + while (!PQ.isEmpty()){ + + Point current = PQ.poll(); + int x = current.x; + int y = current.y; + int indCurrent = ind(x, y, nCol); + + if (maze[x][y] == BATTERY && (start.x != x || start.y != y)){ + keys.put(new Point(x, y, current.power, current.cost), getPathTo(ind(start.x, start.y, nCol), indCurrent, edgeTo)); + continue; + } else if (maze[x][y] == EXIT){ + keys.put(new Point(x, y, current.power, current.cost), getPathTo(ind(start.x, start.y, nCol), indCurrent, edgeTo)); + return keys; + } + + for (int w = 0; w < 4; w++) { + int neiX = (x + pos[w][0]); + int neiY = (y + pos[w][1]); + + if (neiX >= 0 && neiX < nRow && neiY >= 0 && neiY < nCol ) { + int indW = ind(neiX,neiY, nCol); + + if ( maze[neiX][neiY] != WALL && (distTo[indW] > distTo[indCurrent] + 1) && (current.power > 1 || maze[neiX][neiY] == BATTERY || maze[neiX][neiY] == EXIT) && (powerTrace[indW] <= current.power-1)){ + + int newCost = current.cost+1; + int newPower = current.power-1; + powerTrace[indW] = newPower; + + if (maze[neiX][neiY] == BATTERY){ + newCost = current.cost + (maxPower-current.power); + newPower = maxPower; + } + + PQ.offer(new Point(neiX, neiY, newPower, newCost)); + distTo[indW] = newCost; + edgeTo[indW] = indCurrent; + } + } + } + } + return keys; + } + + + private static List getPathTo(int src, int well, int[] edgeTo){ + + List path = new ArrayList<>(); + + int current = well; + while (current != src){ + path.add(current); + current = edgeTo[current]; + } + path.add(current); + + return path; + } + // END STRIP + + + + + + + + + + + + + + public static int ind(int x, int y, int lg) { + return x * lg + y; + } + + public static int row(int pos, int mCols) { + return pos / mCols; + } + + public static int col(int pos, int mCols) { + return pos % mCols; + } + + + + // BEGIN STRIP + static class Point implements Comparable{ + + int x; + int y; + int power; + int cost; + + public Point(int x, int y, int power, int cost){ + this.x = x; + this.y = y; + this.power = power; + this.cost = cost; + } + + @Override + public int compareTo(Point o) { + return this.cost - o.cost; + } + } + // END STRIP + + + public static void main(String[] args) { + + + int[][] maze = { + {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1}, + {0, 0, 0, 0, 0, 0,-1,-1}, + {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 2} + }; + + List path = DarkMaze.findPath(0, 0, 2, 7, 8, maze); + System.out.println(path); + System.out.println(path.size()); + + + int[][] maze1 = { + {1, 0, 0, 0, 0, 1, 0}, + {0,-1,-1, 0, 0, 0, 0}, + {0,-1, 0, 0,-1,-1,-1}, + {0, 0, 1, 0, 0,-1, 0}, + {0, 0, 0,-1, 0, 0, 0}, + {0, 0, 0, 0, 0,-1, 2}, + }; + + List path2 = DarkMaze.findPath(0, 0, 5, 6, 8, maze1); + + System.out.println(path2); + System.out.println(path2.size()); + + + + int[][] maze3 = { + {1, 0, 0, 0, 0, 1, 0}, + {0,-1,-1, 0, 0, 0, 0}, + {0,-1, 0, 0,-1,-1,-1}, + {-1,0, 1, 0, 0,-1, 0}, + {0, 0, 0,-1, 0, 0, 0}, + {0, 0, 0, 0, 0,-1, 2}, + }; + List path3 = DarkMaze.findPath(0, 0, 5, 6, 8, maze3); + System.out.println(path3); + System.out.println(path3.size()); + + + + int[][] maze4 = { + {1, 0, 0, 0, 0, 1, 0}, + {0,-1,-1, 0, 0, 0, 0}, + {0,-1, 0, 0,-1,-1,-1}, + {-1,0, 1, 0, 0,-1, 0}, + {0, 0, 0,-1, 0, 0, 0}, + {0, 0, 0, 0, 0,-1, 2}, + }; + List path4 = DarkMaze.findPath(0, 0, 5, 6, 6, maze3); + System.out.println(path4); + System.out.println(path4.size()); + + + } +} diff --git a/src/main/java/graphs/DarkMazeGenerator.java b/src/main/java/graphs/DarkMazeGenerator.java new file mode 100644 index 0000000..a83b014 --- /dev/null +++ b/src/main/java/graphs/DarkMazeGenerator.java @@ -0,0 +1,99 @@ +package graphs; + + + +import java.io.FileNotFoundException; +import java.io.FileOutputStream; +import java.io.PrintWriter; +import java.util.*; + +public class DarkMazeGenerator { + + + public static void main(String [] args) { + + Random r = new Random(563996); + int[] grid_sizes = new int[]{5, 10, 20}; + for (int grid_size : grid_sizes) { + + for (int instance_id = 0; instance_id < 10; instance_id++) { + ArrayList queries = randomQueries(grid_size, 10, r); + int [][] matrix = randomMaze(grid_size, 0.3f); + String file = "data/graphs.DarkMaze/in_" + grid_size + "_" + instance_id; + writeInstance(file, matrix, queries); + } + } + } + + private static int[][] randomMaze(int size, float p){ + int[][] matrix = new int[size][size]; + Random rand = new Random(34333); + for (int i = 0; i < size; i++) { + for (int j = 0; j < size; j++) { + float r = rand.nextFloat(); + if (r >= p ){ + matrix[i][j] = 0; + } else if (r < p && r>= p/3) { + matrix[i][j] = -1; + } else { + matrix[i][j] = 1; + } + } + + } + return matrix; + } + + private static ArrayList randomQueries(int grid_size, int number, Random r) { + ArrayList queries = new ArrayList<>(); + for (int i = 0; i < number; i++) { + queries.add(new ArrayList()); + ArrayList q = queries.get(i); + for (int j = 0; j <4; j++) { + q.add(r.nextInt(grid_size)); + } + } + return queries; + } + + + private static void writeInstance(String file, int [][] matrix, ArrayList queries) { + Random r = new Random(563996); + try { + int nBattery = 9 + r.nextInt(19-9); + + PrintWriter p = new PrintWriter(new FileOutputStream(file)); + p.println(matrix.length); + p.println(nBattery); + + int endX = (int) queries.get(0).get(2); + int endY = (int) queries.get(0).get(3); + + matrix[endX][endY] = 2; + for (int row = 0; row < matrix.length; row++) { + for (int col = 0; col < matrix.length; col++) { + p.println(matrix[row][col]); + } + } + p.println(queries.size()); + + for (ArrayList query : queries) { + p.println(query.get(0) + " " + query.get(1) + " " + endX + " " + endY); + + List path = DarkMaze.findPath(query.get(0), query.get(1), endX, endY, nBattery, matrix); + if (path == null){ + p.println(0); + }else{ + p.println(path.size()); + for(int val: path){ + p.println(val); + } + } + } + + p.close(); + } catch (FileNotFoundException e) { + e.printStackTrace(); + } + } +} diff --git a/src/test/java/graphs/DarkMazeTests.java b/src/test/java/graphs/DarkMazeTests.java new file mode 100644 index 0000000..8528d53 --- /dev/null +++ b/src/test/java/graphs/DarkMazeTests.java @@ -0,0 +1,155 @@ +package graphs; + +import org.javagrader.ConditionalOrderingExtension; +import org.javagrader.Grade; +import org.junit.jupiter.api.MethodOrderer; +import org.junit.jupiter.api.Order; +import org.junit.jupiter.api.Test; +import org.junit.jupiter.api.TestMethodOrder; +import org.junit.jupiter.api.extension.ExtendWith; +import org.junit.jupiter.params.ParameterizedTest; +import org.junit.jupiter.params.provider.MethodSource; +import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertEquals; +import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertFalse; +import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertTrue; +import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertNull; +import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertNotNull; + + + + +import java.util.*; +@ExtendWith(ConditionalOrderingExtension.class) +@TestMethodOrder(MethodOrderer.OrderAnnotation.class) +@Grade +public class DarkMazeTests { + + public static int[][] maze1 = new int[][] { + {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1}, + {0, 0, 0, 0, 0, 0,-1,-1}, + {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 2} + }; + + public static int[][] maze2 = new int[][]{ + {1, 0, 0, 0, 0, 1, 0}, + {0,-1,-1, 0, 0, 0, 0}, + {0,-1, 0, 0,-1,-1,-1}, + {0, 0, 1, 0, 0,-1, 0}, + {0, 0, 0,-1, 0, 0, 0}, + {0, 0, 0, 0, 0,-1, 2}, + }; + + public static int[][] maze3 = new int[][]{ + {1, 0, 0, 0, 0, 1, 0}, + {0,-1,-1, 0, 0, 0, 0}, + {0,-1, 0, 0,-1,-1,-1}, + {-1,0, 1, 0, 0,-1, 0}, + {0, 0, 0,-1, 0, 0, 0}, + {0, 0, 0, 0, 0,-1, 2}, + }; + + public static int[][] maze4 = { + {1, 0, 0, 0, 0, 0, 2}, + }; + + public static int[][] maze5 = { + {1,-1, 2}, + }; + + + @Test + @Grade(value = 1) + @Order(1) + public void testMaze1() { + Iterable path = DarkMaze.findPath(0, 0, 2, 7, 8, maze1); + assertNotNull(path); + Integer[] pathArray = toArray(path); + assertEquals(14, pathArray.length); + assertTrue(validPathSourceToDest(0, 0, 2, 7, maze1, path)); + } + + @Test + @Grade(value = 1) + @Order(1) + public void testMaze2() { + Iterable path1 = DarkMaze.findPath(0, 0, 5, 6, 8, maze2); + assertNotNull(path1); + Integer[] pathArray = toArray(path1); + assertTrue(validPathSourceToDest(0, 0, 5, 6, maze2, path1)); + assertEquals(12, pathArray.length); + } + + @Test + @Grade(value = 1) + @Order(1) + public void testMaze3() { + Iterable path1 = DarkMaze.findPath(0, 0, 5, 6, 8, maze3); + assertNotNull(path1); + Integer[] pathArray = toArray(path1); + assertTrue(validPathSourceToDest(0, 0, 5, 6, maze3, path1)); + assertEquals(14, pathArray.length); + + + + Iterable path2 = DarkMaze.findPath(0, 0, 5, 6, 6, maze3); + assertNotNull(path2); + Integer[] pathArray2 = toArray(path2); + assertTrue(validPathSourceToDest(0, 0, 5, 6, maze3, path2)); + assertEquals(18, pathArray2.length); + } + + + + @Test + @Grade(value = 1) + @Order(1) + public void testMazeUnfeasible() { + Iterable path1 = DarkMaze.findPath(0, 0, 0, 6, 1, maze4); + assertNull(path1); + + Iterable path2 = DarkMaze.findPath(0, 0, 0, 2, 6, maze5); + assertNull(path2); + + Iterable path3 = DarkMaze.findPath(0, 1, 0, 2, 6, maze5); + assertNull(path3); + } + + + + + + public static boolean validPathSourceToDest(int x1, int y1, int x2, int y2, int[][] maze, Iterable path) { + int m = maze[0].length; + Iterator ite = path.iterator(); + if (!ite.hasNext()) return false; + int p = ite.next(); + int x = row(p, m); + int y = col(p, m); + if (x != x1 || y != y1) return false; + while (ite.hasNext()) { + p = ite.next(); + int x_ = row(p, m); + int y_ = col(p, m); + if (maze[x][y] == -1) return false; + if (Math.abs(x_ - x) + Math.abs(y_ - y) != 1) return false; + x = x_; + y = y_; + } + if (x != x2 || y != y2) return false; + return true; + } + + public static Integer[] toArray(Iterable path) { + LinkedList list = new LinkedList(); + path.forEach(list::add); + return list.toArray(new Integer[0]); + } + + public static int row(int pos, int mCols) { + return pos / mCols; + } + public static int col(int pos, int mCols) { + return pos % mCols; + } + +} \ No newline at end of file