Reworking day 16
[advent-of-code-22.git] / advent16 / Main.hs
index 7db601d30bafb2aeb9906e281296994366cde433..30d0843b1c2239add994e76b6bc19c60605aa8f4 100644 (file)
@@ -1,6 +1,6 @@
 -- Writeup at https://work.njae.me.uk/2022/12/17/advent-of-code-2022-day-16/
 
--- import Debug.Trace
+import Debug.Trace
 
 import AoC
 import Data.Text (Text)
@@ -12,39 +12,44 @@ import qualified Data.Set as S
 import qualified Data.Sequence as Q
 import qualified Data.Map.Strict as M
 import Data.Map.Strict ((!))
-import Data.Sequence ((|>)) 
+-- import Data.Sequence ((|>), Seq((:|>)), ViewR ((:>))) 
+import Data.Sequence ( (|>), Seq((:|>)) )
 import Data.List
 import Data.List.Split (chunksOf)
 import Data.Ord
 import Control.Monad.Reader
 import Control.Lens hiding ((<|), (|>), (:>), (:<), indices)
 
--- pattern Empty   <- (Q.viewl -> Q.EmptyL)  where Empty = Q.empty
--- pattern x :< xs <- (Q.viewl -> x Q.:< xs) where (:<)  = (Q.<|) 
--- pattern xs :> x <- (Q.viewr -> xs Q.:> x) where (:>)  = (Q.|>) 
 
 type RoomID = String
 
+data Tunnel = Tunnel { _tunnelTo :: RoomID, _tunnelLength :: Int}
+    deriving (Eq, Show, Ord)
+makeLenses ''Tunnel
+
 data Room = Room 
     { _flowRate :: Int
-    , _tunnels :: [RoomID]
+    , _tunnels :: S.Set Tunnel
     } deriving (Eq, Show, Ord)
 makeLenses ''Room
 
 type Cave = M.Map RoomID Room
-data TimedCave = TimedCave { getCave :: Cave, getTimeLimit :: Int}
+data TimedCave = TimedCave { getCave :: Cave, getTimeLimit :: Int , getSortedRooms :: [RoomID]}
 
 type CaveContext = Reader TimedCave
 
 data SingleSearchState = SingleSearchState
     { _currentRoom :: RoomID
+    , _currentTime :: Int
     , _sOpenValves :: S.Set RoomID
     } deriving (Eq, Show, Ord)
 makeLenses ''SingleSearchState
 
 data DoubleSearchState = DoubleSearchState
     { _personRoom :: RoomID
+    , _personTime :: Int
     , _elephantRoom :: RoomID
+    , _elephantTime :: Int
     , _dOpenValves :: S.Set RoomID
     } deriving (Eq, Show, Ord)
 makeLenses ''DoubleSearchState
@@ -59,17 +64,24 @@ makeLenses ''Agendum
 
 type Agenda s = P.MaxPQueue Int (Agendum s)
 
-type ExploredStates s = S.Set (s, Int, Int)
+-- state, total flowed so far
+type ExploredStates s = S.Set (s, Int)
 
 
 class (Eq s, Ord s, Show s) => SearchState s where
   emptySearchState :: RoomID -> s
   currentFlow :: s -> CaveContext Int
+  timeOf :: s -> Int
   successors :: s -> CaveContext (Q.Seq s)
-  estimateBenefit :: s -> Int -> CaveContext Int
+  -- estimateBenefit :: s -> Int -> CaveContext Int
+  estimateBenefit :: s -> CaveContext Int
 
 instance SearchState SingleSearchState where
-  emptySearchState startID = SingleSearchState { _currentRoom = startID, _sOpenValves = S.empty }
+  emptySearchState startID = SingleSearchState 
+        { _currentRoom = startID
+        , _currentTime = 0
+        , _sOpenValves = S.empty 
+        }
 
   currentFlow state =
     do cave <- asks getCave
@@ -77,29 +89,31 @@ instance SearchState SingleSearchState where
        let presentRooms = cave `M.restrictKeys` valves
        return $ sumOf (folded . flowRate) presentRooms
 
+  timeOf state = state ^. currentTime
+
   successors state = 
     do isFF <- isFullFlow state
+       -- cave <- asks getCave
+       timeLimit <- asks getTimeLimit
        let here = state ^. currentRoom
        let opened = state ^. sOpenValves
-       succPairs <- personSuccessor here opened
-       let succStates = 
-              [ SingleSearchState 
-                  { _currentRoom = r
-                  , _sOpenValves = o
-                  }
-              | (r, o) <- succPairs
-              ]
-       if isFF
-       then return $ Q.singleton state
-       else return $ Q.fromList succStates
-
-  estimateBenefit here timeElapsed = 
+       let now = state ^. currentTime
+       succs <- agentSuccessor now opened now here
+       let succStates = Q.fromList succs
+       if isFF || (Q.null succStates)
+       then return $ Q.singleton (state & currentTime .~ timeLimit)
+       else return succStates
+
+  estimateBenefit here =  
     do cave <- asks getCave
        timeLimit <- asks getTimeLimit
-       let timeRemaining = timeLimit - (timeElapsed + 2)
+       let timeRemaining = timeLimit - (timeOf here)
        cf <- currentFlow here
-       let closedValves = (cave `M.withoutKeys` (here ^. sOpenValves)) ^.. folded . flowRate
-       let sortedClosedValves = sortOn Down closedValves
+       -- let closedValves = (cave `M.withoutKeys` (here ^. sOpenValves)) ^.. folded . flowRate
+       -- let sortedClosedValves = sortOn Down closedValves
+       sortedValves <- asks getSortedRooms
+       let opened = here ^. sOpenValves
+       let sortedClosedValves = [(cave ! v) ^. flowRate | v <- sortedValves, v `S.notMember` opened]
        let otherValveFlows = sum $ zipWith (*) [timeRemaining, (timeRemaining - 2) .. 0] sortedClosedValves
        return $ (cf * timeRemaining) + otherValveFlows
 
@@ -107,44 +121,64 @@ instance SearchState SingleSearchState where
 instance SearchState DoubleSearchState where
   emptySearchState startID = DoubleSearchState 
       { _personRoom = startID
+      , _personTime = 0
       , _elephantRoom = startID
+      , _elephantTime = 0
       , _dOpenValves = S.empty 
       }
 
   currentFlow state =
     do cave <- asks getCave
-       let valves = state ^. dOpenValves
-       let presentRooms = cave `M.restrictKeys` valves
-       return $ sumOf (folded . flowRate) presentRooms
+       let valves = S.toList $ state ^. dOpenValves
+       return $ sum $ fmap (\v -> (cave ! v) ^. flowRate) valves
+       -- let presentRooms = cave `M.restrictKeys` valves
+       -- return $ sumOf (folded . flowRate) presentRooms
+
+  timeOf state = min (state ^. personTime) (state ^. elephantTime)
 
   successors state = 
     do isFF <- isFullFlow state
+       -- cave <- asks getCave
+       timeLimit <- asks getTimeLimit
+       let opened = state ^. dOpenValves
+       let pNow = state ^. personTime
+       let eNow = state ^. elephantTime
+       let now = min pNow eNow
        let pHere = state ^. personRoom
        let eHere = state ^. elephantRoom
-       let opened = state ^. dOpenValves
-       pSuccPairs <- personSuccessor pHere opened
-       eSuccPairs <- personSuccessor eHere opened
-       let succStates = 
-              [ DoubleSearchState 
-                  { _personRoom = p
-                  , _elephantRoom = e
-                  , _dOpenValves = S.union po eo
-                  }
-              | (p, po) <- pSuccPairs
-              , (e, eo) <- eSuccPairs
-              ]
-       if isFF
-       then return $ Q.singleton state
-       else return $ Q.fromList succStates
-
-  estimateBenefit here timeElapsed = 
+       pNexts <- agentSuccessor now opened pNow pHere
+       eNexts <- agentSuccessor now opened eNow eHere
+       let nexts =  [ state & personRoom .~ (p ^. currentRoom)
+                            & personTime .~ (p ^. currentTime)
+                            & elephantRoom .~ (e ^. currentRoom)
+                            & elephantTime .~ (e ^. currentTime)
+                            & dOpenValves %~ (S.union (p ^. sOpenValves) . S.union (e ^. sOpenValves))
+                    | p <- pNexts
+                    , e <- eNexts
+                    ]
+       let dedups = if pNow == eNow && pHere == eHere
+                    then filter (\s -> (s ^. personRoom) < (s ^. elephantRoom)) nexts
+                    -- else nexts
+                    else filter (\s -> (s ^. personRoom) /= (s ^. elephantRoom)) nexts
+       -- let succStates = trace ("Succs: in " ++ (show state) ++ " out " ++ (show dedups)) (Q.fromList dedups)
+       let succStates = Q.fromList dedups
+       if isFF || (Q.null succStates)
+       then return $ Q.singleton (state & personTime .~ timeLimit & elephantTime .~ timeLimit)
+       else return succStates
+
+  estimateBenefit here =  
     do cave <- asks getCave
        timeLimit <- asks getTimeLimit
-       let timeRemaining = timeLimit - (timeElapsed + 2)
+       let timeRemaining = timeLimit - (timeOf here)
        cf <- currentFlow here
-       let closedValves = (cave `M.withoutKeys` (here ^. dOpenValves)) ^.. folded . flowRate
-       let sortedClosedValves = fmap sum $ chunksOf 2 $ sortOn Down closedValves
+       -- let closedValves = (cave `M.withoutKeys` (here ^. dOpenValves)) ^.. folded . flowRate
+       -- let sortedClosedValves = fmap sum $ chunksOf 2 $  {-# SCC estSort #-} sortOn Down closedValves
+       -- let sortedClosedValves = fmap sum $ chunksOf 2 $ reverse $ sort closedValves -- no significant improvement
+       sortedValves <- asks getSortedRooms
+       let opened = here ^. dOpenValves
+       let sortedClosedValves = fmap sum $ chunksOf 2 $ [(cave ! v) ^. flowRate | v <- sortedValves, v `S.notMember` opened]
        let otherValveFlows = sum $ zipWith (*) [timeRemaining, (timeRemaining - 2) .. 0] sortedClosedValves
+       -- let otherValveFlows = timeRemaining * (sum closedValves) -- 8 minute runtime rather than 1:50
        return $ (cf * timeRemaining) + otherValveFlows
 
 
@@ -152,8 +186,11 @@ main :: IO ()
 main = 
   do  dataFileName <- getDataFileName
       text <- TIO.readFile dataFileName
-      let cave = successfulParse text
+      let expandedCave = successfulParse text
       -- print cave
+      -- print $ reachableFrom cave [Tunnel "AA" 0] S.empty []
+      -- print $ compress cave
+      let cave = compress expandedCave
       print $ part1 cave
       print $ part2 cave
 
@@ -164,10 +201,14 @@ main =
 -- part2 cave = runReader (searchCave "AA") (TimedCave cave 26)
 
 part1, part2 :: Cave -> Int
+-- part1 :: Cave -> Int
 part1 cave = maybe 0 _benefit result
-    where result = runReader (searchCave "AA") (TimedCave cave 30) :: Maybe (Agendum SingleSearchState)
+    where result = runReader (searchCave "AA") (TimedCave cave 30 sortedRooms) :: Maybe (Agendum SingleSearchState)
+          sortedRooms = sortOn (\r -> Down $ (cave ! r) ^. flowRate ) $ M.keys $ M.filter (\r -> r ^. flowRate > 0) cave
 part2 cave = maybe 0 _benefit result
-    where result = runReader (searchCave "AA") (TimedCave cave 26) :: Maybe (Agendum DoubleSearchState)
+    where result = runReader (searchCave "AA") (TimedCave cave 26 sortedRooms) :: Maybe (Agendum DoubleSearchState)
+          sortedRooms = sortOn (\r -> Down $ (cave ! r) ^. flowRate ) $ M.keys $ M.filter (\r -> r ^. flowRate > 0) cave
+          -- sortedRooms = sortOn (\r -> Down $ (cave ! r) ^. flowRate ) $ M.keys cave
 
 searchCave :: SearchState s => String -> CaveContext (Maybe (Agendum s))
 searchCave startRoom = 
@@ -177,13 +218,15 @@ searchCave startRoom =
 initAgenda :: SearchState s => String -> CaveContext (Agenda s)
 initAgenda startID = 
     do let startState = emptySearchState startID
-       b <- estimateBenefit startState 0
+       b <- estimateBenefit startState 
        return $ P.singleton b Agendum { _current = startState, _trail = Q.empty, _trailBenefit = 0, _benefit = b}
 
 aStar ::  SearchState s => Agenda s -> ExploredStates s -> CaveContext (Maybe (Agendum s))
 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.findMax agenda) ++ " : len " ++ (show $ Q.length $ _trail $ snd $ P.findMax agenda)) False = undefined
+    -- | trace ("Peeping " ++ (show $ _current $ snd $ P.findMax agenda) ++ " : foundFlow " ++ (show $ _trailBenefit $ snd $ P.findMax agenda)) False = undefined
+    -- | trace ("Peeping " ++ (show $ _current $ snd $ P.findMax agenda) ++ " : foundFlow " ++ (show $ _trailBenefit $ snd $ P.findMax agenda) ++ " : trail " ++ (show $ _trail $ snd $ P.findMax agenda) ++ " : closed " ++ (show closed)) False = undefined
+    -- | trace ("Peeping " ++ (show $ P.findMax agenda)) False = undefined
     | P.null agenda = return Nothing
     | otherwise = 
         do  let (_, currentAgendum) = P.findMax agenda
@@ -191,15 +234,17 @@ aStar agenda closed
             nexts <- candidates currentAgendum closed
             let newAgenda = foldl' (\q a -> P.insert (_benefit a) a q) (P.deleteMax agenda) nexts
             -- let beamAgenda = P.fromDescList $ P.take 10000 newAgenda -- agenda beam width
-            let beamAgenda = P.fromDescList $ P.take 5000 newAgenda -- agenda beam width
+            -- let beamAgenda = P.fromDescList $ P.take 5000 newAgenda -- agenda beam width
+            -- let beamAgenda = P.fromDescList $ P.take 1000 newAgenda -- agenda beam width
             reachedGoal <- isGoal currentAgendum
-            let cl = (reached, currentAgendum ^. trailBenefit, Q.length $ currentAgendum ^. trail)
+            -- let cl = (reached, currentAgendum ^. trailBenefit, Q.length $ currentAgendum ^. trail)
+            let cl = (reached, currentAgendum ^. trailBenefit)
             if reachedGoal
             then return (Just currentAgendum)
             else if (cl `S.member` closed)
                  then aStar (P.deleteMax agenda) closed
-                 -- else aStar newAgenda (S.insert cl closed)
-                 else aStar beamAgenda (S.insert cl closed)
+                 else aStar newAgenda (S.insert cl closed)
+                 -- else aStar beamAgenda (S.insert cl closed)
 
 
 candidates :: SearchState s => Agendum s -> ExploredStates s -> CaveContext (Q.Seq (Agendum s))
@@ -209,41 +254,65 @@ candidates agendum closed =
         let prevBenefit = agendum ^. trailBenefit
         succs <- successors candidate
         succAgs <- mapM (makeAgendum previous prevBenefit) succs
-        let nonloops = Q.filter (\s -> (s ^. current, s ^. trailBenefit, Q.length $ s ^. trail) `S.notMember` closed) succAgs
+        -- let nonloops = Q.filter (\s -> (s ^. current, s ^. trailBenefit, Q.length $ s ^. trail) `S.notMember` closed) succAgs
+        let nonloops = Q.filter (\s -> (s ^. current, s ^. trailBenefit) `S.notMember` closed) succAgs
         return nonloops
 
-personSuccessor, openValveSuccessor, walkSuccessor ::  RoomID -> S.Set RoomID -> CaveContext [(RoomID, S.Set RoomID)]
-personSuccessor here opened =
-  do ovs <- openValveSuccessor here opened
-     ws <- walkSuccessor here opened
-     return (ovs ++ ws)
 
-openValveSuccessor here opened
-  | here `S.member` opened = return []
-  | otherwise = return [(here, S.insert here opened)]
-
-walkSuccessor here opened = 
-  do cave <- asks getCave
-     let neighbours = (cave ! here) ^. tunnels
-     return [(n, opened) | n <- neighbours]
+agentSuccessor :: Int -> S.Set RoomID -> Int -> RoomID -> CaveContext [SingleSearchState]
+agentSuccessor now opened aTime here 
+  | aTime /= now = return [SingleSearchState { _currentRoom = here, _currentTime = aTime, _sOpenValves = opened }]
+  | otherwise = 
+      do  cave <- asks getCave 
+          timeLimit <- asks getTimeLimit
+          let remaining = S.toList $ S.filter (\t -> (t ^. tunnelTo) `S.notMember` opened) ((cave ! here) ^. tunnels)
+          let moves = [ SingleSearchState 
+                            { _currentRoom = (t ^. tunnelTo)
+                            , _currentTime = now + (t ^. tunnelLength)
+                            , _sOpenValves = opened
+                            }
+                      | t <- remaining
+                      , now + (t ^. tunnelLength) <= timeLimit
+                      ]
+          let opens = if here `S.notMember` opened && (cave ! here) ^. flowRate > 0
+                      then [SingleSearchState { _currentRoom = here, _currentTime = aTime + 1, _sOpenValves = S.insert here opened }]
+                      else []
+          -- let nexts = moves ++ opens
+          let nexts = if null opens then moves else opens
+          let nexts' =  if null nexts
+                        then [ SingleSearchState 
+                                { _currentRoom = here
+                                , _currentTime = timeLimit
+                                , _sOpenValves = opened
+                                } ]
+                        else nexts
+          return nexts'
 
 makeAgendum :: SearchState s => Q.Seq s -> Int -> s -> CaveContext (Agendum s)
 makeAgendum previous prevBenefit newState = 
-    do predicted <- estimateBenefit newState (Q.length previous)
-       cf <- currentFlow newState
+    do predicted <- estimateBenefit newState --  (Q.length previous)
+       -- cf <- currentFlow newState
+       oldFlow <- lastFlow previous (timeOf newState)
        let newTrail = previous |> newState
-       let incurred = prevBenefit + cf
+       let incurred = prevBenefit + oldFlow
        return Agendum { _current = newState
                       , _trail = newTrail
                       , _trailBenefit = incurred
                       , _benefit = incurred + predicted
                       }
 
+lastFlow :: SearchState s => Q.Seq s -> Int -> CaveContext Int
+lastFlow Q.Empty _ = return 0
+lastFlow (_ :|> previous) newTime = 
+  do cf <- currentFlow previous
+     let dt = newTime - (timeOf previous)
+     return (cf * dt)
 
 isGoal :: SearchState s => Agendum s -> CaveContext Bool
 isGoal agendum = 
   do timeLimit <- asks getTimeLimit
-     return $ Q.length (agendum ^. trail) == (timeLimit - 1)
+     let s = agendum ^. current
+     return $ (timeOf s) == timeLimit
 
 isFullFlow :: SearchState s => s -> CaveContext Bool
 isFullFlow state = 
@@ -252,21 +321,40 @@ isFullFlow state =
      let ff = sumOf (folded . flowRate) cave
      return (cf == ff)
 
+compress :: Cave -> Cave
+compress cave = M.mapWithKey (compressRoom cave) cave
+
+compressRoom :: Cave -> RoomID -> Room -> Room
+compressRoom cave here room = room & tunnels .~ t'
+  where t' = reachableFrom cave [Tunnel here 0] S.empty S.empty
+
+reachableFrom :: Cave -> [Tunnel] -> S.Set RoomID -> S.Set Tunnel -> S.Set Tunnel
+reachableFrom _ [] _ routes = routes
+reachableFrom cave (tunnel@(Tunnel here len):boundary) found routes
+  | here `S.member` found = reachableFrom cave boundary found routes
+  | otherwise = reachableFrom cave (boundary ++ (S.toList legs)) (S.insert here found) routes'
+  where exits = (cave ! here) ^. tunnels
+        exits' = S.filter (\t -> (t ^. tunnelTo) `S.notMember` found) exits
+        legs = S.map (\t -> t & tunnelLength .~ (len + 1)) exits'
+        routes' = if (len == 0) || ((cave ! here) ^. flowRate) == 0
+                  then routes
+                  else S.insert tunnel routes
+
 
 -- Parse the input file
 
 caveP :: Parser Cave
 valveP :: Parser (RoomID, Room)
 roomP :: Parser Room
-tunnelsP :: Parser [RoomID]
-turnnelTextP :: Parser Text
+tunnelsP :: Parser (S.Set Tunnel)
+tunnelTextP :: Parser Text
 
 caveP = M.fromList <$> valveP `sepBy` endOfLine
 valveP = (,) <$> ("Valve " *> (many1 letter)) <*> roomP
-roomP = roomify <$> (" has flow rate=" *> decimal) <*> (turnnelTextP *> tunnelsP)
-    where roomify v ts = Room {_flowRate = v, _tunnels = ts }
-tunnelsP = (many1 letter) `sepBy` ", "
-turnnelTextP = "; tunnels lead to valves " <|> "; tunnel leads to valve "
+roomP = Room <$> (" has flow rate=" *> decimal) <*> (tunnelTextP *> tunnelsP)
+    -- where roomify v ts = Room {flowRate = v, tunnels = ts }
+tunnelsP = (S.fromList . (fmap (flip Tunnel 1))) <$> (many1 letter) `sepBy` ", "
+tunnelTextP = "; tunnels lead to valves " <|> "; tunnel leads to valve "
 
 successfulParse :: Text -> Cave
 successfulParse input =