New puzzle: `Light Up', by James H.
[sgt/puzzles] / untangle.c
index 37a6ddb..bb63eba 100644 (file)
 /*
  * TODO:
  * 
- *  - Docs and checklist etc
  *  - Any way we can speed up redraws on GTK? Uck.
+ * 
+ *  - It would be nice if we could somehow auto-detect a real `long
+ *    long' type on the host platform and use it in place of my
+ *    hand-hacked int64s. It'd be faster and more reliable.
  */
 
 #include <stdio.h>
@@ -38,6 +41,9 @@
 enum {
     COL_BACKGROUND,
     COL_LINE,
+#ifdef SHOW_CROSSINGS
+    COL_CROSSEDLINE,
+#endif
     COL_OUTLINE,
     COL_POINT,
     COL_DRAGPOINT,
@@ -78,6 +84,9 @@ struct game_state {
     game_params params;
     int w, h;                         /* extent of coordinate system only */
     point *pts;
+#ifdef SHOW_CROSSINGS
+    int *crosses;                     /* mark edges which are crossed */
+#endif
     struct graph *graph;
     int completed, cheated, just_solved;
 };
@@ -196,6 +205,90 @@ static char *validate_params(game_params *params, int full)
     return NULL;
 }
 
+/* ----------------------------------------------------------------------
+ * Small number of 64-bit integer arithmetic operations, to prevent
+ * integer overflow at the very core of cross().
+ */
+
+typedef struct {
+    long hi;
+    unsigned long lo;
+} int64;
+
+#define greater64(i,j) ( (i).hi>(j).hi || ((i).hi==(j).hi && (i).lo>(j).lo))
+#define sign64(i) ((i).hi < 0 ? -1 : (i).hi==0 && (i).lo==0 ? 0 : +1)
+
+static int64 mulu32to64(unsigned long x, unsigned long y)
+{
+    unsigned long a, b, c, d, t;
+    int64 ret;
+
+    a = (x & 0xFFFF) * (y & 0xFFFF);
+    b = (x & 0xFFFF) * (y >> 16);
+    c = (x >> 16) * (y & 0xFFFF);
+    d = (x >> 16) * (y >> 16);
+
+    ret.lo = a;
+    ret.hi = d + (b >> 16) + (c >> 16);
+    t = (b & 0xFFFF) << 16;
+    ret.lo += t;
+    if (ret.lo < t)
+       ret.hi++;
+    t = (c & 0xFFFF) << 16;
+    ret.lo += t;
+    if (ret.lo < t)
+       ret.hi++;
+
+#ifdef DIAGNOSTIC_VIA_LONGLONG
+    assert(((unsigned long long)ret.hi << 32) + ret.lo ==
+          (unsigned long long)x * y);
+#endif
+
+    return ret;
+}
+
+static int64 mul32to64(long x, long y)
+{
+    int sign = +1;
+    int64 ret;
+#ifdef DIAGNOSTIC_VIA_LONGLONG
+    long long realret = (long long)x * y;
+#endif
+
+    if (x < 0)
+       x = -x, sign = -sign;
+    if (y < 0)
+       y = -y, sign = -sign;
+
+    ret = mulu32to64(x, y);
+
+    if (sign < 0) {
+       ret.hi = -ret.hi;
+       ret.lo = -ret.lo;
+       if (ret.lo)
+           ret.hi--;
+    }
+
+#ifdef DIAGNOSTIC_VIA_LONGLONG
+    assert(((unsigned long long)ret.hi << 32) + ret.lo == realret);
+#endif
+
+    return ret;
+}
+
+static int64 dotprod64(long a, long b, long p, long q)
+{
+    int64 ab, pq;
+
+    ab = mul32to64(a, b);
+    pq = mul32to64(p, q);
+    ab.hi += pq.hi;
+    ab.lo += pq.lo;
+    if (ab.lo < pq.lo)
+       ab.hi++;
+    return ab;
+}
+
 /*
  * Determine whether the line segments between a1 and a2, and
  * between b1 and b2, intersect. We count it as an intersection if
@@ -203,7 +296,8 @@ static char *validate_params(game_params *params, int full)
  */
 static int cross(point a1, point a2, point b1, point b2)
 {
-    long b1x, b1y, b2x, b2y, px, py, d1, d2, d3;
+    long b1x, b1y, b2x, b2y, px, py;
+    int64 d1, d2, d3;
 
     /*
      * The condition for crossing is that b1 and b2 are on opposite
@@ -227,11 +321,12 @@ static int cross(point a1, point a2, point b1, point b2)
     b2y = b2.y * a1.d - a1.y * b2.d;
     px = a1.y * a2.d - a2.y * a1.d;
     py = a2.x * a1.d - a1.x * a2.d;
-    /* Take the dot products. */
-    d1 = b1x * px + b1y * py;
-    d2 = b2x * px + b2y * py;
+    /* Take the dot products. Here we resort to 64-bit arithmetic. */
+    d1 = dotprod64(b1x, px, b1y, py);
+    d2 = dotprod64(b2x, px, b2y, py);
     /* If they have the same non-zero sign, the lines do not cross. */
-    if ((d1 > 0 && d2 > 0) || (d1 < 0 && d2 < 0))
+    if ((sign64(d1) > 0 && sign64(d2) > 0) ||
+       (sign64(d1) < 0 && sign64(d2) < 0))
        return FALSE;
 
     /*
@@ -240,21 +335,21 @@ static int cross(point a1, point a2, point b1, point b2)
      * condition becomes whether or not they overlap within their
      * line.
      */
-    if (d1 == 0 && d2 == 0) {
+    if (sign64(d1) == 0 && sign64(d2) == 0) {
        /* Construct the vector a2-a1. */
        px = a2.x * a1.d - a1.x * a2.d;
        py = a2.y * a1.d - a1.y * a2.d;
        /* Determine the dot products of b1-a1 and b2-a1 with this. */
-       d1 = b1x * px + b1y * py;
-       d2 = b2x * px + b2y * py;
+       d1 = dotprod64(b1x, px, b1y, py);
+       d2 = dotprod64(b2x, px, b2y, py);
        /* If they're both strictly negative, the lines do not cross. */
-       if (d1 < 0 && d2 < 0)
+       if (sign64(d1) < 0 && sign64(d2) < 0)
            return FALSE;
        /* Otherwise, take the dot product of a2-a1 with itself. If
         * the other two dot products both exceed this, the lines do
         * not cross. */
-       d3 = px * px + py * py;
-       if (d1 > d3 && d2 > d3)
+       d3 = dotprod64(px, px, py, py);
+       if (greater64(d1, d3) && greater64(d2, d3))
            return FALSE;
     }
 
@@ -270,9 +365,10 @@ static int cross(point a1, point a2, point b1, point b2)
     b2y = a2.y * b1.d - b1.y * a2.d;
     px = b1.y * b2.d - b2.y * b1.d;
     py = b2.x * b1.d - b1.x * b2.d;
-    d1 = b1x * px + b1y * py;
-    d2 = b2x * px + b2y * py;
-    if ((d1 > 0 && d2 > 0) || (d1 < 0 && d2 < 0))
+    d1 = dotprod64(b1x, px, b1y, py);
+    d2 = dotprod64(b2x, px, b2y, py);
+    if ((sign64(d1) > 0 && sign64(d2) > 0) ||
+       (sign64(d1) < 0 && sign64(d2) < 0))
        return FALSE;
 
     /*
@@ -657,6 +753,49 @@ static char *validate_desc(game_params *params, char *desc)
     return NULL;
 }
 
+static void mark_crossings(game_state *state)
+{
+    int ok = TRUE;
+    int i, j;
+    edge *e, *e2;
+
+#ifdef SHOW_CROSSINGS
+    for (i = 0; (e = index234(state->graph->edges, i)) != NULL; i++)
+       state->crosses[i] = FALSE;
+#endif
+
+    /*
+     * Check correctness: for every pair of edges, see whether they
+     * cross.
+     */
+    for (i = 0; (e = index234(state->graph->edges, i)) != NULL; i++) {
+       for (j = i+1; (e2 = index234(state->graph->edges, j)) != NULL; j++) {
+           if (e2->a == e->a || e2->a == e->b ||
+               e2->b == e->a || e2->b == e->b)
+               continue;
+           if (cross(state->pts[e2->a], state->pts[e2->b],
+                     state->pts[e->a], state->pts[e->b])) {
+               ok = FALSE;
+#ifdef SHOW_CROSSINGS
+               state->crosses[i] = state->crosses[j] = TRUE;
+#else
+               goto done;             /* multi-level break - sorry */
+#endif
+           }
+       }
+    }
+
+    /*
+     * e == NULL if we've gone through all the edge pairs
+     * without finding a crossing.
+     */
+#ifndef SHOW_CROSSINGS
+    done:
+#endif
+    if (ok)
+       state->completed = TRUE;
+}
+
 static game_state *new_game(midend_data *me, game_params *params, char *desc)
 {
     int n = params->n;
@@ -688,6 +827,11 @@ static game_state *new_game(midend_data *me, game_params *params, char *desc)
        addedge(state->graph->edges, a, b);
     }
 
+#ifdef SHOW_CROSSINGS
+    state->crosses = snewn(count234(state->graph->edges), int);
+    mark_crossings(state);            /* sets up `crosses' and `completed' */
+#endif
+
     return state;
 }
 
@@ -706,6 +850,11 @@ static game_state *dup_game(game_state *state)
     ret->completed = state->completed;
     ret->cheated = state->cheated;
     ret->just_solved = state->just_solved;
+#ifdef SHOW_CROSSINGS
+    ret->crosses = snewn(count234(ret->graph->edges), int);
+    memcpy(ret->crosses, state->crosses,
+          count234(ret->graph->edges) * sizeof(int));
+#endif
 
     return ret;
 }
@@ -726,12 +875,147 @@ static void free_game(game_state *state)
 static char *solve_game(game_state *state, game_state *currstate,
                        char *aux, char **error)
 {
+    int n = state->params.n;
+    int matrix[4];
+    point *pts;
+    int i, j, besti;
+    float bestd;
+    char buf[80], *ret;
+    int retlen, retsize;
+
     if (!aux) {
        *error = "Solution not known for this puzzle";
        return NULL;
     }
 
-    return dupstr(aux);
+    /*
+     * Decode the aux_info to get the original point positions.
+     */
+    pts = snewn(n, point);
+    aux++;                             /* eat 'S' */
+    for (i = 0; i < n; i++) {
+        int p, k;
+        long x, y, d;
+       int ret = sscanf(aux, ";P%d:%ld,%ld/%ld%n", &p, &x, &y, &d, &k);
+        if (ret != 4 || p != i) {
+            *error = "Internal error: aux_info badly formatted";
+            sfree(pts);
+            return NULL;
+        }
+        pts[i].x = x;
+        pts[i].y = y;
+        pts[i].d = d;
+        aux += k;
+    }
+
+    /*
+     * Now go through eight possible symmetries of the point set.
+     * For each one, work out the sum of the Euclidean distances
+     * between the points' current positions and their new ones.
+     * 
+     * We're squaring distances here, which means we're at risk of
+     * integer overflow. Fortunately, there's no real need to be
+     * massively careful about rounding errors, since this is a
+     * non-essential bit of the code; so I'll just work in floats
+     * internally.
+     */
+    besti = -1;
+    bestd = 0.0F;
+
+    for (i = 0; i < 8; i++) {
+        float d;
+
+        matrix[0] = matrix[1] = matrix[2] = matrix[3] = 0;
+        matrix[i & 1] = (i & 2) ? +1 : -1;
+        matrix[3-(i&1)] = (i & 4) ? +1 : -1;
+
+        d = 0.0F;
+        for (j = 0; j < n; j++) {
+            float px = (float)pts[j].x / pts[j].d;
+            float py = (float)pts[j].y / pts[j].d;
+            float sx = (float)currstate->pts[j].x / currstate->pts[j].d;
+            float sy = (float)currstate->pts[j].y / currstate->pts[j].d;
+            float cx = (float)currstate->w / 2;
+            float cy = (float)currstate->h / 2;
+            float ox, oy, dx, dy;
+
+            px -= cx;
+            py -= cy;
+
+            ox = matrix[0] * px + matrix[1] * py;
+            oy = matrix[2] * px + matrix[3] * py;
+
+            ox += cx;
+            oy += cy;
+
+            dx = ox - sx;
+            dy = oy - sy;
+
+            d += dx*dx + dy*dy;
+        }
+
+        if (besti < 0 || bestd > d) {
+            besti = i;
+            bestd = d;
+        }
+    }
+
+    assert(besti >= 0);
+
+    /*
+     * Now we know which symmetry is closest to the points' current
+     * positions. Use it.
+     */
+    matrix[0] = matrix[1] = matrix[2] = matrix[3] = 0;
+    matrix[besti & 1] = (besti & 2) ? +1 : -1;
+    matrix[3-(besti&1)] = (besti & 4) ? +1 : -1;
+
+    retsize = 256;
+    ret = snewn(retsize, char);
+    retlen = 0;
+    ret[retlen++] = 'S';
+    ret[retlen] = '\0';
+
+    for (i = 0; i < n; i++) {
+        float px = (float)pts[i].x / pts[i].d;
+        float py = (float)pts[i].y / pts[i].d;
+        float cx = (float)currstate->w / 2;
+        float cy = (float)currstate->h / 2;
+        float ox, oy;
+        int extra;
+
+        px -= cx;
+        py -= cy;
+
+        ox = matrix[0] * px + matrix[1] * py;
+        oy = matrix[2] * px + matrix[3] * py;
+
+        ox += cx;
+        oy += cy;
+
+        /*
+         * Use a fixed denominator of 2, because we know the
+         * original points were on an integer grid offset by 1/2.
+         */
+        pts[i].d = 2;
+        ox *= pts[i].d;
+        oy *= pts[i].d;
+        pts[i].x = ox + 0.5;
+        pts[i].y = oy + 0.5;
+
+        extra = sprintf(buf, ";P%d:%ld,%ld/%ld", i,
+                        pts[i].x, pts[i].y, pts[i].d);
+        if (retlen + extra >= retsize) {
+            retsize = retlen + extra + 256;
+            ret = sresize(ret, retsize, char);
+        }
+        strcpy(ret + retlen, buf);
+        retlen += extra;
+    }
+
+    sfree(pts);
+
+    return ret;
 }
 
 static char *game_text_format(game_state *state)
@@ -884,33 +1168,7 @@ static game_state *execute_move(game_state *state, char *move)
        }
     }
 
-    /*
-     * Check correctness: for every pair of edges, see whether they
-     * cross.
-     */
-    if (!ret->completed) {
-       int i, j;
-       edge *e, *e2;
-
-       for (i = 0; (e = index234(ret->graph->edges, i)) != NULL; i++) {
-           for (j = i+1; (e2 = index234(ret->graph->edges, j)) != NULL; j++) {
-               if (e2->a == e->a || e2->a == e->b ||
-                   e2->b == e->a || e2->b == e->b)
-                   continue;
-               if (cross(ret->pts[e2->a], ret->pts[e2->b],
-                         ret->pts[e->a], ret->pts[e->b]))
-                   break;
-           }
-           if (e2)
-               break;
-       }
-
-       /*
-        * e == NULL if we've gone through all the edge pairs
-        * without finding a crossing.
-        */
-       ret->completed = (e == NULL);
-    }
+    mark_crossings(ret);
 
     return ret;
 }
@@ -941,6 +1199,12 @@ static float *game_colours(frontend *fe, game_state *state, int *ncolours)
     ret[COL_LINE * 3 + 1] = 0.0F;
     ret[COL_LINE * 3 + 2] = 0.0F;
 
+#ifdef SHOW_CROSSINGS
+    ret[COL_CROSSEDLINE * 3 + 0] = 1.0F;
+    ret[COL_CROSSEDLINE * 3 + 1] = 0.0F;
+    ret[COL_CROSSEDLINE * 3 + 2] = 0.0F;
+#endif
+
     ret[COL_OUTLINE * 3 + 0] = 0.0F;
     ret[COL_OUTLINE * 3 + 1] = 0.0F;
     ret[COL_OUTLINE * 3 + 2] = 0.0F;
@@ -1044,7 +1308,12 @@ static void game_redraw(frontend *fe, game_drawstate *ds, game_state *oldstate,
        x2 = p2.x * ds->tilesize / p2.d;
        y2 = p2.y * ds->tilesize / p2.d;
 
-       draw_line(fe, x1, y1, x2, y2, COL_LINE);
+       draw_line(fe, x1, y1, x2, y2,
+#ifdef SHOW_CROSSINGS
+                 (oldstate?oldstate:state)->crosses[i] ?
+                 COL_CROSSEDLINE :
+#endif
+                 COL_LINE);
     }
 
     /*