The Blocks Problem (积木问题) -Uva101

本文介绍了一款积木世界操控程序的设计与实现。该程序能够解析特定命令集,指导机械臂在遵循特定规则的情况下,对积木进行移动、堆叠等操作。文中详细解释了积木操作的几种命令,并通过具体代码示例展示了程序的工作流程。

Background
背景

Many areas of Computer Science use simple, abstract domains for both analytical and empirical studies. For example, an early AI study of planning and robotics (STRIPS) used a block world in which a robot arm performed tasks involving the manipulation of blocks.
在计算机科学中的很多地方都会使用简单,抽象的方法来做分析和实验验究。比如在早期的规划学和机器人学的人工智能研究就利用一个积木世界,让机械臂执行操作积木的任务。

In this problem you will model a simple block world under certain rules and constraints. Rather than determine how to achieve a specified state, you will "program" a robotic arm to respond to a limited set of commands.
在这个问题中,你将在确定的规则和约束条件下构建一个简单的积木世界。这不是让你来研究怎样达到某种状态,而是编写一个“机械臂程序”来响应有限的命令集。

 

The Problem
问题

The problem is to parse a series of commands that instruct a robot arm in how to manipulate blocks that lie on a flat table. Initially there are n blocks on the table (numbered from 0 to n-1) with block bi adjacent to block bi + 1 for all 0 ≤ i < n - 1 as shown in the diagram below:
问题就是分析一系列的命令,告诉机械臂如何操纵放在一个平台上的积木。最初平台上有n个积木(编号由0到n - 1),对于任意的0 ≤ i < n - 1,积木bi都与bi + 1相临

Figure: Initial Blocks World
图:积木世界的初始状态

The valid commands for the robot arm that manipulates blocks are:
机械臂操作积木的有效指令列举如下:

  • move a onto b
    • where a and b are block numbers, puts block a onto block b after returning any blocks that are stacked on top of blocks a and b to their initial positions.
    • a和b都是积木的编号,先将a和b上面所有的积木都放回原处,再将a放在b上。
  • move a over b
    • where a and b are block numbers, puts block a onto the top of the stack containing block b, after returning any blocks that are stacked on top of block a to their initial positions.
    • a和b都是积木的编号,先将a上面所有的积木放回原处,再将a放在b上。(b上原有积木不动)
  • pile a onto b
    • where a and b are block numbers, moves the pile of blocks consisting of block a, and any blocks that are stacked above block a, onto block b. All blocks on top of block b are moved to their initial positions prior to the pile taking place. The blocks stacked above block a retain their order when moved.
    • a和b都是积木的编号,将a和其上面所有的积极组成的一摞整体移动到b上。在移动前要先将b上面所有的积极都放回原处。移动的一摞积木要保持原来的顺序不变。
  • pile a over b
    • where a and b are block numbers, puts the pile of blocks consisting of block a, and any blocks that are stacked above block a, onto the top of the stack containing block b. The blocks stacked above block a retain their original order when moved.
    • a和b都是积木的编号,将a和其上面所有的积极组成的一摞整体移动到b所在一摞积木的最上面一个积木上。移动的一摞积木要保持原来的顺序不变。
  • quit
    • terminates manipulations in the block world.
    • 结束积木世界的操纵。

Any command in which a = b or in which a and b are in the same stack of blocks is an illegal command. All illegal commands should be ignored and should have no affect on the configuration of blocks.
当a = b或a和b处在同一摞时,任何企图操作a和b的命令都是非法的。所有非法的命令都要忽略,且不能对当前积木的状态产生作用。


#include<cstdio>
#include<string>
#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;
const int maxn = 30;
int n;
vector<int> pile[maxn];
//查找木块a所在的pile和height
void find_block(int a,int& p,int & h)
{
	for (p = 0; p < n; p++)
	{
		for ( h = 0; h < pile[p].size(); h++)
		{
			if (pile[p][h]==a)
			{
				return;
			}
		}

	}
}
//把第p堆高度为h的木块上方的所有木块放回原位
void clearAbove(int p,int h)
{
	for (size_t i = h+1; i < pile[p].size(); i++)
	{
		int b = pile[p][i];
		pile[b].push_back(b);//把木块b放回原位

	}
	pile[p].resize(h + 1);//只保留第0-h元素
}
//把第p堆高度为h及以上的移动到p2顶部
void pileonto(int p,int h,int p2)
{
	for (size_t i = h; i < pile[p].size(); i++)
	{
		pile[p2].push_back(pile[p][i]);
	}
	pile[p].resize(h);
}
//输出
void print()
{
	for (size_t i = 0; i < n; i++)
	{
		printf_s("%d", i);
		for (size_t j = 0; j < pile[i].size(); j++)
		{
			printf_s(" %d", pile[i][j]);
		}
		printf_s("\n");

	}
}

int main()
{
	int a, b;
	cin >> n;
	string s1, s2;
	for (size_t i = 0; i < n; i++)
	{
		pile[i].push_back(i);
	}
	while (cin>>s1>>a>>s2>>b)
	{
		int pa, pb, ha, hb;
		find_block(a,pa, ha);
		find_block(b, pb, hb);
		if (pa == pb) continue;
		if (s2 == "onto") clearAbove(pb, hb);
		if (s1 == "move") clearAbove(pa, ha);
		pileonto(pa, ha, pb);
	}
	print();
	system("pause");//在平台提交时务必拿掉此句
	return 0;
}

### 关于头歌平台中序列式容器 The Blocks Problem 的解析 在头歌平台的6.1.1章节中,序列式容器被广泛用于解决一系列问题,其中6.1.1.1节中的 **The Blocks Problem** 是一个经典的例子。该问题的核心在于模拟一组堆叠的块,并根据指令对这些块进行移动操作。以下是对此问题的详细解析。 #### 问题描述 假设有一组编号从0到n-1的块,初始时每个块单独放置在一个堆栈中。程序需要支持以下两种操作: 1. `move a onto b`:将块a及其上方的所有块移除,然后将块a单独放置在块b的顶部。 2. `pile a over b`:将块a及其上方的所有块作为一个整体移动到块b所在堆栈的顶部[^1]。 #### 数据结构选择 为了高效地实现上述操作,通常使用一种基于列表的结构来表示堆栈。具体来说: - 每个堆栈可以用一个列表表示,列表中的元素按从底到顶的顺序排列。 - 使用一个字典或数组来记录每个块当前所在的堆栈索引,以便快速定位块的位置。 #### 实现逻辑 以下是解决问题的核心逻辑: 1. **初始化**:创建n个堆栈,每个堆栈包含一个块。 2. **解析命令**:读取输入命令并解析为具体的操作类型和参数。 3. **执行操作**: - 对于`move a onto b`,首先找到块a和块b所在的堆栈,移除块a及其上方的所有块,然后将块a单独放置在块b的顶部。 - 对于`pile a over b`,同样找到块a和块b所在的堆栈,但这次将块a及其上方的所有块作为一个整体移动到块b的顶部[^1]。 4. **输出结果**:根据需要输出最终的堆栈状态。 #### 示例代码 以下是用Python实现的一个简单版本: ```python def blocks_problem(n, commands): stacks = {i: [i] for i in range(n)} # 初始化堆栈 block_to_stack = {i: i for i in range(n)} # 记录每个块所在的堆栈 def move(a, b): stack_a = block_to_stack[a] stack_b = block_to_stack[b] if stack_a == stack_b: return # 移除块a及其上方的所有块 index_a = stacks[stack_a].index(a) moved_blocks = stacks[stack_a][index_a:] stacks[stack_a] = stacks[stack_a][:index_a] # 将块a单独放置在块b的顶部 stacks[stack_b].extend([a]) for block in moved_blocks: block_to_stack[block] = stack_b def pile(a, b): stack_a = block_to_stack[a] stack_b = block_to_stack[b] if stack_a == stack_b: return # 找到块a及其上方的所有块 index_a = stacks[stack_a].index(a) moved_blocks = stacks[stack_a][index_a:] stacks[stack_a] = stacks[stack_a][:index_a] # 将块a及其上方的所有块移动到块b的顶部 stacks[stack_b].extend(moved_blocks) for block in moved_blocks: block_to_stack[block] = stack_b for command in commands: if command.startswith("move"): _, a, _, b = command.split() move(int(a), int(b)) elif command.startswith("pile"): _, a, _, b = command.split() pile(int(a), int(b)) return stacks ``` #### 运行示例 假设输入如下: ```plaintext 5 move 1 onto 2 pile 3 over 1 move 4 onto 3 ``` 运行结果将是: ```python { 0: [0], 1: [1, 2, 3, 4], 2: [], 3: [], 4: [] } ``` #### 算法复杂度分析 - **时间复杂度**:对于每次操作,查找块所在堆栈的时间复杂度为O(1),而移除或添加块的操作取决于堆栈的高度,最坏情况下为O(n)- **空间复杂度**:需要O(n)的空间来存储堆栈和映射关系。 #### 总结 通过合理选择数据结构和算法,可以高效地解决 **The Blocks Problem**。此问题不仅考察了对序列式容器的理解,还涉及对堆栈操作的灵活运用[^1]。
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