Direct approach done
[advent-of-code-19.git] / advent18 / src / advent18direct.hs
diff --git a/advent18/src/advent18direct.hs b/advent18/src/advent18direct.hs
new file mode 100644 (file)
index 0000000..ac0c1da
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,266 @@
+import Debug.Trace
+
+-- import qualified Data.Text.IO as TIO
+
+import qualified Data.Map.Strict as M
+-- import Data.Map.Strict ((!))
+import qualified Data.PQueue.Prio.Min as P
+import qualified Data.Set as S
+import qualified Data.Sequence as Q
+import Data.Sequence ((<|), (|>), (><))
+import Data.Foldable (toList, foldr', foldl', all)
+-- import Data.Maybe (fromJust)
+-- import Data.List
+import Data.Char
+import Control.Monad.Reader
+import Control.Lens hiding ((<|), (|>))
+-- import Data.Map.Lens
+
+
+type Position = (Integer, Integer) -- r, c
+
+type Keys = S.Set Char
+type PointOfInterest = M.Map Position Char
+
+
+class (Eq e, Ord e) => ExplorerC e where 
+    successors :: e -> CaveContext (Q.Seq e)
+    estimateCost :: e -> CaveContext Int
+    -- positionE :: e -> Position
+    keysHeldE :: e -> Keys
+    emptyExplorer :: e
+
+
+data Explorer1 = Explorer1 { _position1 :: Position
+                           , _keysHeld1 :: Keys
+                           } deriving (Eq, Ord, Show)
+data Explorer4 = Explorer4 { _position4 :: S.Set Position
+                           , _keysHeld4 :: Keys
+                           } deriving (Eq, Ord, Show)
+type ExploredStates e = S.Set e
+
+type Cave = S.Set Position
+data CaveComplex = CaveComplex { _cave :: Cave
+                               , _keys :: PointOfInterest
+                               , _doors :: PointOfInterest
+                               } deriving (Eq, Ord, Show)
+type CaveContext = Reader CaveComplex
+
+data Agendum e = Agendum { _current :: e
+                       , _trail :: Q.Seq e
+                       , _cost :: Int} deriving (Show, Eq)
+type Agenda e = P.MinPQueue Int (Agendum e)
+-- type Candidates e = S.Set (Int, Agendum e)
+
+instance ExplorerC Explorer1 where
+    successors explorer = 
+        do  let here = _position1 explorer
+            let locations0 = possibleNeighbours here
+            cave <- asks _cave
+            keys <- asks _keys
+            doors <- asks _doors
+            let keysHeld = _keysHeld1 explorer
+            let locations1 = Q.filter (`S.member` cave) locations0
+            let locations2 = Q.filter (hasKeyFor doors keysHeld) locations1
+            return $ fmap (\l -> explorer { _position1 = l, _keysHeld1 = pickupKey keys keysHeld l}) locations2
+
+    estimateCost explorer = -- return 0
+        do keys <- asks _keys
+           let (r, c) = _position1 explorer
+           let unfoundKeys = M.keysSet $ M.filter (`S.notMember` (_keysHeld1 explorer)) keys
+           let (minR, maxR, minC, maxC) = bounds $ unfoundKeys
+           --  = minimum $ map fst $ M.keys unfoundKeys
+           -- let minC = minimum $ map snd $ M.keys unfoundKeys
+           -- let maxR = maximum $ map fst $ M.keys unfoundKeys
+           -- let maxC = maximum $ map snd $ M.keys unfoundKeys
+           let spanR = spanV r minR maxR
+           let spanC = spanV c minC maxC
+           if S.null unfoundKeys
+           then return 0
+           else return $ fromIntegral (spanR + spanC)
+           -- return $ sum $ map (manhattan here) $ M.keys unfoundKeys
+
+    -- positionE = _position1
+    keysHeldE = _keysHeld1  
+    emptyExplorer = Explorer1 { _position1 = (0, 0), _keysHeld1 = S.empty }
+
+instance ExplorerC Explorer4 where
+    successors explorer = 
+        do  let rawHeres = _position4 explorer
+            let heres = setToSeq $ allSplits rawHeres
+            let locations0 = over (traversed . _1) possibleNeighbours heres
+            cave <- asks _cave
+            keys <- asks _keys
+            doors <- asks _doors
+            let keysHeld = _keysHeld4 explorer
+            let locations1 = over (traversed . _1) (Q.filter (`S.member` cave)) locations0
+            let locations2 = over (traversed . _1) (Q.filter (hasKeyFor doors keysHeld)) locations1
+            let locations3 = fmap (\(ls, hs) -> fmap (\l -> (l, hs)) ls) locations2
+            let locations4 = foldl1 (><) locations3
+            return $ fmap (\(l, hs) -> explorer { _position4 = S.insert l hs, _keysHeld4 = pickupKey keys keysHeld l}) locations4
+
+    estimateCost explorer = -- return 0
+        do keys <- asks _keys
+           let unfoundKeys = M.keysSet $ M.filter (`S.notMember` (_keysHeld4 explorer)) keys
+           let (minR, maxR, minC, maxC) = bounds unfoundKeys
+           let (minDR, maxDR, minDC, maxDC) = bounds $ _position4 explorer
+           let dr = abs (minR - minDR) + abs (maxR - maxDR)
+           let dc = abs (minC - minDC) + abs (maxC - maxDC)
+           if S.null unfoundKeys
+           then return 0
+           else return $ fromIntegral (dr + dc)
+           -- return $ sum $ map (manhattan here) $ M.keys unfoundKeys
+
+    -- positionE = _position1
+    keysHeldE = _keysHeld4
+    emptyExplorer = Explorer4 { _position4 = S.fromList $ replicate 4 (0, 0), _keysHeld4 = S.empty }
+
+
+
+main :: IO ()
+main = do 
+        text <- readFile "data/advent18.txt"
+        let (cc, explorer) = buildCaveComplex text
+        -- print cc
+        -- print explorer
+        print $ part1 cc explorer
+        print $ part2 cc explorer
+
+part1 :: ExplorerC e => CaveComplex -> e -> Int
+part1 cave explorer = maybe 0 (( + 1) . _cost ) result
+    where result = runReader (searchCave explorer) cave
+
+-- -- part1 :: CaveComplex -> Explorer -> Maybe Agendum
+-- part1 cave explorer = keySeq (fromJust result)
+--     where result = runReader (searchCave explorer) cave
+
+
+part2 ::  CaveComplex -> Explorer1 -> Int
+part2 caveComplex0 explorer1 = maybe 0 (( + 1) . _cost ) result
+    where 
+        (re, ce) = _position1 explorer1
+        cave0 = _cave caveComplex0
+        cave = cave0 `S.difference` [(re, ce), (re + 1, ce), (re - 1, ce), (re, ce + 1), (re, ce - 1)]
+        caveComplex = caveComplex0 {_cave = cave}
+        explorer = Explorer4 {_position4 = [(re + 1, ce + 1), (re - 1, ce + 1), (re + 1, ce - 1), (re - 1, ce - 1)], _keysHeld4 = S.empty }
+        result = runReader (searchCave explorer) caveComplex
+
+keySeq :: ExplorerC e => (Agendum e) -> Q.Seq Keys
+keySeq agendum = Q.filter (not . S.null) kdiff
+    where keyss = fmap keysHeldE $ _trail agendum
+          kdiff = fmap (uncurry S.difference) $ Q.zip ((keysHeldE $ _current agendum) <| keyss) keyss
+
+
+searchCave :: ExplorerC e => e -> CaveContext (Maybe (Agendum e))
+searchCave explorer = 
+    do agenda <- initAgenda explorer
+       aStar agenda S.empty
+
+
+buildCaveComplex text = foldl' buildCaveRow (cc0, explorer0) $ zip [0..] rows
+    where cc0 = CaveComplex {_cave = S.empty, _keys = M.empty, _doors = M.empty}
+          explorer0 = emptyExplorer -- Explorer { _position = (0, 0), _keysHeld = S.empty }
+          rows = lines text
+
+buildCaveRow (cc, explorer) (r, row) = foldl' (buildCaveCell r) (cc, explorer) $ zip [0..] row
+
+buildCaveCell r (cc, explorer) (c, char) 
+    | char == '.' = (cc', explorer)
+    | char == '@' = (cc', explorer { _position1 = here })
+    | isLower char  = (cc' { _keys = M.insert here char $ _keys cc'}, explorer)
+    | isUpper char  = (cc' { _doors = M.insert here char $ _doors cc'}, explorer)
+    | otherwise = (cc, explorer)
+    where cc' = cc { _cave = S.insert here $ _cave cc }
+          here = (r, c)
+
+
+initAgenda :: ExplorerC e => e -> CaveContext (Agenda e)
+initAgenda explorer = 
+    do cost <- estimateCost explorer
+       return $ P.singleton cost Agendum { _current = explorer, _trail = Q.empty, _cost = cost}
+
+
+aStar :: ExplorerC e => Agenda e -> ExploredStates e -> CaveContext (Maybe (Agendum e))
+-- aStar [] _ = Agendum {current=buildingTest, trail=[], cost=0}
+aStar agenda closed 
+    -- | trace ("Peeping " ++ (show $ fst $ P.findMin agenda) ++ ": " ++ (show reached) ++ " <- " ++ (show $ toList $ Q.take 1 $ _trail $ currentAgendum) ++ " :: " ++ (show newAgenda)) False = undefined
+    -- | trace ("Peeping " ++ (show $ _current $ snd $ P.findMin agenda) ) False = undefined
+    | P.null agenda = return Nothing
+    | otherwise = 
+        do  let (_, currentAgendum) = P.findMin agenda
+            let reached = _current currentAgendum
+            nexts <- candidates currentAgendum closed
+            let newAgenda = foldl' (\q a -> P.insert (_cost a) a q) (P.deleteMin agenda) nexts
+            reachedGoal <- isGoal reached
+            if reachedGoal
+            then return (Just currentAgendum)
+            else if reached `S.member` closed
+                 then aStar (P.deleteMin agenda) closed
+                 else aStar newAgenda (S.insert reached closed)
+
+
+isGoal :: ExplorerC e => e -> CaveContext Bool
+isGoal explorer = 
+    do keys <- asks (S.fromList . M.elems . _keys)
+       return $ keys == keysHeldE explorer
+
+
+candidates :: ExplorerC e => Agendum e -> ExploredStates e -> CaveContext (Q.Seq (Agendum e))
+candidates agendum closed = 
+    do  let candidate = _current agendum
+        let previous = _trail agendum
+        succs <- successors candidate
+        let nonloops = Q.filter (\s -> not $ s `S.member` closed) succs
+        mapM (makeAgendum candidate previous) nonloops
+
+makeAgendum :: ExplorerC e => e -> (Q.Seq e) -> e -> CaveContext (Agendum e)
+makeAgendum candidate previous new = 
+    do cost <- estimateCost new
+       return Agendum { _current = new
+                      , _trail = candidate <| previous
+                      , _cost = cost + (Q.length previous)
+                      }
+
+
+
+hasKeyFor :: PointOfInterest -> Keys -> Position -> Bool
+-- hasKeyFor doors keys here | trace ("hkf: " ++ (intercalate " " [show doors, show keys, show here, show (maybe True (`S.member` keys) $ M.lookup here doors)])) False = undefined
+hasKeyFor doors keys here = maybe True keyForDoor $ M.lookup here doors
+    where keyForDoor d = (toLower d) `S.member` keys
+    -- if location `M.member` doors
+    -- then (doors!location) `S.elem` keys
+    -- else True
+
+
+pickupKey :: PointOfInterest -> Keys -> Position -> Keys
+pickupKey keys held here = maybe held (`S.insert` held) $ M.lookup here keys
+    -- if here `M.member` keys
+    -- then S.insert (keys!here) held
+    -- else held
+
+
+spanV this minV maxV 
+    | this < minV = maxV - this
+    | this > maxV = this - minV
+    -- | this > minV && this < maxV = (this - minV) + (maxV - this)
+    | otherwise = (this - minV) + (maxV - this)
+
+manhattan :: Position -> Position -> Int
+manhattan (r1, c1) (r2, c2) = fromIntegral $ abs (r1 - r2) + abs (c1 - c2)
+
+possibleNeighbours :: Position -> Q.Seq Position
+possibleNeighbours (r, c) = [(r + 1, c), (r - 1, c), (r, c + 1), (r, c - 1)]
+
+bounds :: S.Set Position -> (Integer, Integer, Integer, Integer)
+bounds points = (minR, maxR, minC, maxC)
+    where  minR = S.findMin $ S.map fst points
+           minC = S.findMin $ S.map snd points
+           maxR = S.findMax $ S.map fst points
+           maxC = S.findMax $ S.map snd points
+
+
+allSplits :: Ord a => S.Set a -> S.Set (a, S.Set a)
+allSplits xs = S.map (\x -> (x, S.delete x xs)) xs
+
+setToSeq :: Ord a => S.Set a -> Q.Seq a
+setToSeq = S.foldl (|>) Q.empty