我目前正在解決this assignment的第二個練習(這不是家庭作業,實際上我試圖解決this other problem)。我的解決方案使用BFS搜索「Lights Out」問題變體的最小解決方案,在該問題中,按下指示燈將翻轉同一行和同一列中每個燈的狀態。做一個BFS時避免深度拷貝
我認爲我的實現是正確的,但有點太慢了:目前我的計算機運行時間超過12秒(這對我的目的來說是不可接受的)。
from copy import deepcopy
from itertools import chain
from Queue import PriorityQueue
# See: http://www.seas.upenn.edu/~cis391/Homework/Homework2.pdf
class Puzzle(object):
def __init__(self, matrix):
self.matrix = matrix
self.dim = len(matrix)
def __repr__(self):
return str(self.matrix)
def solved(self):
return sum([sum(row) for row in self.matrix]) == 0
def move(self, i, j):
for k in range(self.dim):
self.matrix[i][k] = (self.matrix[i][k] + 1) % 2
self.matrix[k][j] = (self.matrix[k][j] + 1) % 2
self.matrix[i][j] = (self.matrix[i][j] + 1) % 2
return self
def copy(self):
return deepcopy(self)
def next(self):
result = []
for i in range(self.dim):
for j in range(self.dim):
result.append(self.copy().move(i, j))
return result
def solve(self):
q = PriorityQueue()
v = set()
q.put((0, self))
while True:
c = q.get()
if c[1].solved():
return c[0]
else:
for el in c[1].next():
t = el.tuple()
if t not in v:
v.add(t)
q.put((c[0] + 1, el))
def tuple(self):
return tuple(chain.from_iterable(self.matrix))
罪魁禍首,根據cProfile
,似乎是deepcopy
呼叫。另一方面,我看不到其他選擇:我需要在隊列中添加另一個Puzzle
對象,其中包含self.matrix
的新副本。
如何加快執行速度?
下面是我使用的測試案例:
print Puzzle([
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1]
]).solve()
應返回1(我們只需要按下光在右下角)。
編輯:這裏還有一個粗糙的測試案例:
print Puzzle([
[1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1],
[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1],
[1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0]
]).solve()
其水溶液是最多14:按對角線上的所有燈亮,表示已經上。不幸的是,@zch令人印象深刻的加速並不足以解決這個問題,這使我相信,由於高分支因素,BFS不是解決這個問題的正確方法。
非常感謝您提供所有這些提示。我會接受你的答案,但是我也要添加一個更難的測試用例,不幸的是,這個優化的實現不能解決。這不是你的錯,但是,這是我選擇的算法不能很好地滿足n的事實。 – 2014-12-07 16:56:40
@JacopoNotarstefano,我發現你的問題很有趣,也[實現不同的算法](http://ideone.com/nC1O0S)。基本上[http://math.stackexchange.com/a/441697](Aryabhata的解決方案)是基於在任何矩形的四個角上移動的想法相互抵消的簡化/歸一化階段。它返回您應該移動的地方的矩陣。 – zch 2014-12-08 00:15:14
再次感謝您。下面是一個失敗的測試案例爲你的算法: 謎([ [0,0,1], [0,1,0], [1,0,0] ])解決() 我儘管如此,你認爲你的想法非常整齊。 – 2014-12-08 20:40:28