Японские кроссворды. Алгоритм решения

Медгаус Сергей Владимирович

Факультет компьютерных наук и технологий

Кафедра программной инженерии

Специальность Программная инженерия

Сейчас есть очень много разных головоломок, которые позволяют весело и с интересом провести время. Среди них особенно выделяются японские головоломки: какуро, судоку и, конечно, японские кроссворды. Ещё в детстве мне нравилось решать судоку и я всегда смотрел на японские кроссворды, расположенные в тех же журналах, с недоумением. Они для меня были очень сложные и непонятные, хотя я пытался в них разобраться. Так как разобраться у меня не получилось, то я их оставил. И вернулся к ним лет через 10, когда был уже в университете. На летних каникулах было много свободного времени и я решил попробовать разобраться с ними ещё раз и уже в этот раз получилось. С того времени они являются, наверное, самыми любимыми головоломками.

Среди магистров нашего университета есть несколько людей, которые осветили эту тему в своём индивидуальном разделе [1, 2]. Причём Нина Авджи сделала это очень хорошо, рассказав об общем описании кроссвордов, истории их возникновения, общей методике и принципах решения. Она также осветила особенности чёрно-белых и цветных кроссвордов. Однако сам алгоритм решения и методы не были описаны в подробностях, поэтому в данном разделе я хочу их описать формализовано, в таком виде, в котором их можно будет использовать для написания программы для решения японских кроссвордов как человек.

Проектирование программной модели

Для того, чтобы подробно описать алгоритм решения японских кроссвордов сначала нужно вкратце описать программную модель и порядок её работы. Японский кроссворд состоит из основного поля, на котором расположены клетки, которые могут иметь 3 состояния: заполнена, пустая и неопределённая. Данное поле разделено на строки и столбцы, рядом с которыми есть числа, указывающие на количество клеток, которые должны быть закрашены. Исходя из этого была разработана диаграмма классов, представленная на рисунке 1.

Алгоритм решения японского кроссворда будет применяться не ко всему кроссворду сразу, а поочерёдно для строк и столбцов, потому что по сути между ними нет существенных отличий. Следовательно, алгоритм решения сводится к анализу одной линии клеток и соответствующих ей чисел, определяющих закраску.

В классе Nonogram есть очередь номеров линий для анализа. После каждого проведённого анализа линии, метод возвращает номера модифицированных ячеек для того, чтобы их можно было бы добавить в очередь на анализ, так как при модификации ячеек могли появиться какие-то изменения, которые продвинули бы решение.

Необходимо отметить, что разработанная программа не реализует все методы решения как челове. Реализованы только методы, работающие с крайними группами и пустыми промежутками. Остальные методы подробно описаны в [8].

Исходный код программы можно получить в [9].

Метод Пересечение крайних границ

Анализируется каждая числовая группа в линии и находятся крайняя правая и крайняя левая границы числовой группы. Если разница между правой и левой границами больше или равна нулю, то можно заполнить клетки, находящиеся между ними (включительно). Стоит отметить, что, как видно из рисунка, в итоговой линии закрашиваются группы, которые пересекаются только сами с собой, поэтому клетка №6 не закрашена, так как в разных позициях (левой и правой) она принадлежит разным числовым группам.

Рисунок 2 – Пример анализа линии, используя пересечения крайних границ

Метод Отталкивание от стен

Анализируются крайние непустые промежутки. Если на расстоянии в числовую группу с края есть закрашенные клетки, то можно закрасить клетки, начиная с закрашенной и до клетки, равной величине числовой группы.

В случае, если количество закрашенных клеток равно величине числовой группы, то числовую группу можно вычеркнуть, а после группы вычеркнуть клетку (минимальное место между группами клеток).

Рисунок 3 – Пример анализа линии, используя отталкивания от стен

Метод Недосягаемость

Анализируются крайние числовые группы. Если расстояние от начала неопределённого фрагмента линии до первой заполненной клетки меньше или равно крайней числовой группе, то необходимо вычеркнуть клетки, до которых числовая группа не достаёт.

Также необходимо рассмотреть случай, если в линии находится одна невычеркнутая группа. В таком случае необходимо вычеркнуть все клетки, которые находятся дальше от заполненных клеток на длину числовой группы.

Пример анализа линии, используя метод "Недосягаемость" — Рисунок 4 – Пример анализа линии, используя метод Недосягаемость

Метод Не помещается

Анализируются крайние промежутки с неопределёнными клетками. Берётся крайняя невычеркнутая числовая группа, и если промежуток меньше, чем числовая группа, то клетки в нём вычёркиваются.