[ c++] 구슬 탈출 2

문제

스타트링크에서 판매하는 어린이용 장난감 중에서 가장 인기가 많은 제품은 구슬 탈출이다. 구슬 탈출은 직사각형 보드에 빨간 구슬과 파란 구슬을 하나씩 넣은 다음, 빨간 구슬을 구멍을 통해 빼내는 게임이다.

보드의 세로 크기는 N, 가로 크기는 M이고, 편의상 1×1크기의 칸으로 나누어져 있다. 가장 바깥 행과 열은 모두 막혀져 있고, 보드에는 구멍이 하나 있다. 빨간 구슬과 파란 구슬의 크기는 보드에서 1×1크기의 칸을 가득 채우는 사이즈이고, 각각 하나씩 들어가 있다. 게임의 목표는 빨간 구슬을 구멍을 통해서 빼내는 것이다. 이때, 파란 구슬이 구멍에 들어가면 안 된다.

이때, 구슬을 손으로 건드릴 수는 없고, 중력을 이용해서 이리 저리 굴려야 한다. 왼쪽으로 기울이기, 오른쪽으로 기울이기, 위쪽으로 기울이기, 아래쪽으로 기울이기와 같은 네 가지 동작이 가능하다.

각각의 동작에서 공은 동시에 움직인다. 빨간 구슬이 구멍에 빠지면 성공이지만, 파란 구슬이 구멍에 빠지면 실패이다. 빨간 구슬과 파란 구슬이 동시에 구멍에 빠져도 실패이다. 빨간 구슬과 파란 구슬은 동시에 같은 칸에 있을 수 없다. 또, 빨간 구슬과 파란 구슬의 크기는 한 칸을 모두 차지한다. 기울이는 동작을 그만하는 것은 더 이상 구슬이 움직이지 않을 때 까지이다.

보드의 상태가 주어졌을 때, 최소 몇 번 만에 빨간 구슬을 구멍을 통해 빼낼 수 있는지 구하는 프로그램을 작성하시오.

입력

첫 번째 줄에는 보드의 세로, 가로 크기를 의미하는 두 정수 N, M (3 ≤ N, M ≤ 10)이 주어진다. 다음 N개의 줄에 보드의 모양을 나타내는 길이 M의 문자열이 주어진다. 이 문자열은 '.', '#', 'O', 'R', 'B' 로 이루어져 있다. '.'은 빈 칸을 의미하고, '#'은 공이 이동할 수 없는 장애물 또는 벽을 의미하며, 'O'는 구멍의 위치를 의미한다. 'R'은 빨간 구슬의 위치, 'B'는 파란 구슬의 위치이다.

입력되는 모든 보드의 가장자리에는 모두 '#'이 있다. 구멍의 개수는 한 개 이며, 빨간 구슬과 파란 구슬은 항상 1개가 주어진다.

 

출력

최소 몇 번 만에 빨간 구슬을 구멍을 통해 빼낼 수 있는지 출력한다. 만약, 10번 이하로 움직여서 빨간 구슬을 구멍을 통해 빼낼 수 없으면 -1을 출력한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

결방법

이 문제는 구슬 탈출 2 문제와 거의 동일한 문제이다. 구슬 탈출 2 문제와 마찬가지로 빨간 구슬과 파란 구슬이 동시에 이동하고, 벽에 부딪혀 멈춘다. 빨간 구슬이 구멍에 들어가면 성공, 파란 구슬이 구멍에 들어가면 실패, 빨간 구슬과 파란 구슬이 동시에 구멍에 들어가면 실패이다.

따라서, 구슬 탈출 2 문제에서와 마찬가지로 BFS 알고리즘을 사용하여 문제를 해결할 수 있다. 하지만 이 문제는 구슬 탈출 2 문제와 달리 구슬을 움직일 때 더 이상 움직일 수 없는 경우를 고려해야 한다. 구슬이 움직였을 때, 구멍에 들어갈 수 있는 구슬이 있다면 구멍으로 들어가게 하고, 그렇지 않은 경우에만 구슬을 멈추도록 구현해야 한다.

또한, 구슬을 최대 10번까지만 이동시켜서 빨간 구슬을 구멍을 통해 빼낼 수 없으면 -1을 출력해야 한다. 따라서 BFS 알고리즘을 구현할 때, 큐에 삽입하는 노드의 깊이(depth)를 함께 저장하고, depth가 10 이상인 경우에는 더 이상 탐색하지 않도록 구현해야 한다.

구현할 때, 구슬을 움직일 때 일어날 수 있는 모든 경우를 생각해야 한다. 즉, 위로 기울일 때, 아래로 기울일 때, 왼쪽으로 기울일 때, 오른쪽으로 기울일 때 4가지 경우에 대해 각각 구슬을 움직일 수 있어야 한다. 이때, 기울이기 전에 먼저 빨간 구슬과 파란 구슬이 어느 쪽에 있는지 판별해야 한다. 만약 빨간 구슬이 파란 구슬보다 왼쪽에 있으면 왼쪽으로 기울였을 때 빨간 구슬이 더 왼쪽으로 가도록 구현하고, 빨간 구슬이 파란 구슬보다 오른쪽에 있으면 오른쪽으로 기울였을 때 빨간 구슬이 더 오른쪽으로 가도록 구현해야 한다.

 

 

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

#define MAX_N 10
#define MAX_M 10

typedef struct {
    int row, col;
} Pos;

char board[MAX_N][MAX_M + 1];
bool visited[MAX_N][MAX_M][MAX_N][MAX_M]; // visited[r1][c1][r2][c2]: (r1, c1)과 (r2, c2)에 대해 방문한 적이 있는지를 나타냄
int N, M;
Pos hole; // 구멍의 위치

// (r, c)에서 dir 방향으로 구슬을 기울인 후, 새로운 위치를 반환
// 이동하지 못하는 경우 기존 위치를 반환
Pos move(Pos ball, int dir)
{
    static const int dr[] = {0, 0, -1, 1}; // LEFT, RIGHT, UP, DOWN
    static const int dc[] = {-1, 1, 0, 0};

    // 구슬이 이동 가능한 위치로 이동
    while (board[ball.row + dr[dir]][ball.col + dc[dir]] != '#' &&
           !(ball.row + dr[dir] == hole.row && ball.col + dc[dir] == hole.col)) {
        ball.row += dr[dir];
        ball.col += dc[dir];
    }

    // 구슬이 구멍에 빠지면 이동 불가능
    if (ball.row == hole.row && ball.col == hole.col)
        return ball;

    return ball;
}

// bfs
int bfs(Pos red, Pos blue)
{
    static const int dir[] = {0, 1, 2, 3}; // LEFT, RIGHT, UP, DOWN
    int dist[MAX_N][MAX_M][MAX_N][MAX_M] = {0, };
    int front = 0, rear = 0;
    Pos q[MAX_N * MAX_M * MAX_N * MAX_M];
    q[rear++] = red;
    q[rear++] = blue;
    visited[red.row][red.col][blue.row][blue.col] = true;

    while (front != rear) {
        int qsize = (rear - front) / 2;
        while (qsize--) {
            Pos cur_red = q[front++];
            Pos cur_blue = q[front++];

            // 10번 이하로 움직여서 빨간 구슬을 구멍을 통해 빼낼 수 없는 경우
            if (dist[cur_red.row][cur_red.col][cur_blue.row][