Brainf*ckで15パズル

以下でも説明しています．
https://hn410.github.io/

Transcript

1. BRAINF_CKで15パズル 19 HN
2. BRAIN F_CK の始め方 • コンパイラを落としたり作ったりしてもいいですが、インタープリタを使うのが個人的には 楽です。 • 「brain fuck インタープリタ」などと検索すると有志の作ったものがいろいろ出てきます。 • 以下、自分が用いているもの。（すべて有志の作ったものなので抵抗ある方は注意を） ・ウェブブラウザ上で動くインタプリタ（ステップ実行もでき、ちょっとしたテストには便 利） ※今回紹介するパズルのコードはまともに動かないので注意 http://www.usamimi.info/~ide/programe/brainfuck/index.html ・フリーソフト（windows用） http://www.4mhz.de/bfdev.html ページ中ほどのbfdev-1-4-7.zipをダウンロードして解凍してください。
3. BRAINF_CKとは…？ • 難解 プログラミング言語の一つ。 • 命令が8つしかなく、非常に簡潔に構成されている。
4. サンプルコード • Hello world! のコード print(“Hello world!”) +++++++++[>++++++++>+++++++++++>+++>+<<<<- ]>.>++.+++++++..+++.>+++++.<<+++++++++++++++.>.+++.--- ---.--------.>+.>+.
5. BRAINF_CKの長所 • 命令が8つしかない→初心者にも覚えやすい • チューリング完全 • コンパイラが軽い • 文字の可読性が高くなるように考えられている • 派生言語が沢山ある • AtCoderでも使える
6. ATCODERで使ってみた • 問題文 X,A は 0 以上 9 以下の整数です。 X が A 未満の時 0、A 以上の時 10 を出力してください。 • 制約 0≤X,A≤9 入力は全て整数である • 入力 X A >,>,[-],>++++++++[<------<------>>-] <<[>[ -<-[>[ -<-[>[ -<-[>[ -<-[>[ -<-[>[ -<-[>[ -<-[>[ -<-[>[ -<-[>[ ]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] <[<] >> >+<[>-<[-]]>[+++++[>++++++++<-]>+.<] +++++++[>>+++++++<<-]>>-.
7. ATCODERで使ってみた
8. BRAINF_CKの全命令 • > ポインタをインクリメントする。ポインタをptrとすると、C言語の「ptr++;」に相当する。 • < ポインタをデクリメントする。C言語の「ptr--;」に相当。 • + ポインタが指す値をインクリメントする。C言語の「(*ptr)++;」に相当。 • - ポインタが指す値をデクリメントする。C言語の「(*ptr)--;」に相当。 • . ポインタが指す値を出力に書き出す。C言語の「putchar(*ptr);」に相当。 • , 入力から1バイト読み込んで、ポインタが指す先に代入する。C言語の「*ptr=getchar();」に相 当。 • [ ポインタが指す値が0なら、対応する ] の直後にジャンプする。C言語の「while(*ptr){」に相当。 • ] ポインタが指す値が0でないなら、対応する [ （の直後）にジャンプする。C言語の「}」に相当。 • それ以外はコメントとして無視される。 …Wikipediaより
9. BRAINF_CKの仕組み 1 2 3 4 0 0 0 0 +->>+<,.[>]+
10. テクニック集 • 掛け算…メモリを一つ余分に用いる (例）@の出力 方法1 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++. 方法2 ++++++++[>++++++++<-]>.
11. テクニック集 • 値のコピー？(もとの場所の値は0になるので) [>+>+<<-] • メモリの値が0のところまでジャンプ [<] or [>] • If x [[-] if の中身] • If x=0: >+<[>-<[-]]>[- if の中身 ] • https://esolangs.org/wiki/Brainfuck_algorithms などを参照するのも良いかも
12. （個人的）ポイント集 • コメントを多用（処理の概要、ポインタの現在位置） • コードの可読性を重視 • 使われているメモリの管理 • 判定時などに値がリセットされるかどうかの確認 • オーバーフローに注意（1メモリにつき1バイト） →それを利用する手も…？ • コードをとにかく工夫する
13. 15パズルをやってみましょう • ドライブ内のファイル 「１５パズル.txt」…これをコピーしてインタプリタに貼ることでプレイできます。 「１５パズル日本語コメ付き.txt」 …上のものに日本語の注釈が入っているものです。 コード自体は同じですが、これをインタプリタに貼ると文字化けを起こします。 「１５パズル安定版.txt」 …上２つはオーバーフローを用いていますが、エラーを起こすインタプリタもある かもしれないと思い、用いないverを作りました。ちょっと無駄が増えます。
14. １５パズルをやってみましょう • 仕様 A～Oで１～１５の数を、「~」が空白部分を表しています。シャッフル機能やクリア 判定はありません。 • 操作方法 「w」…空白を上に動かす 「a」…空白を左に動かす 「s」…空白を下に動かす 「d」…空白を右に動かす
15. 15パズルのコード • +>+>+>+>++++[>++++<- ]+>[>++++>++++>++++>++++>+>>++++>++++>++++>++++>+>>++++>++++>++++>+++ +>+>>++++>++++>++++>>+<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<- ]+>+++>++++>+++++>++++++>------ >+>+++++++>++++++++>+++++++++>++++++++++>------ >+>+++++++++++>++++++++++++>+++++++++++++>++++++++++++++>------ >+>+++++++++++++++>++++++++++++++++>+++++++++++++++++>>------ >+>+>+>+>+>+[-<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<--.++>--.++>--.++>--.++>.>>--.++>-- .++>--.++>--.++>.>>--.++>--.++>--.++>--.++>.>>--.++>--.++>--.++>--.++>.>>>>>>,[- >+>>+>>+>>+<<<<<<<]>>++++++++++++[-<-------->]<->+<[>-<[-]]>[>>+++++[<+++++>- ]>>+++++[<+++++>-]>>+++++[<+++++>-]<<<<<<<<<<[<]<-[[>+<-]>+<]+>[<-]>>>[>]>>- ]>>++++++++++[-<---------->]<>+<[>-<[-]]>[>>+++++[<+++++>-]>>+++++[<+++++>- ]<<<<<<<<<[<]>----------[[<+>-]<++++++++++>]++++++++++<[>----------]>>[>]>>>>- ]>>+++++++++++[-<---------->]<----->+<[>-<[-]]>[>+++++<<<<<<<<[<]>>>>>>- [[<<<<<<+>>>>>>-]<<<<<<+>>>>>>]+<<<<<<[>>>>>>-]>[>]>>>>>>-]>>+++++++++++[- <---------->]<--------->+<[>-<[-]]>[<<<<<<<<<[<]<<<<<<-[[>>>>>>+<<<<<<- ]>>>>>>+<<<<<<]+>>>>>>[<<<<<<-]>[>]>>>>>>>>-]<<<<<<<<+]
16. コードの説明 • 大まかな構造 １．初期設定 ２．出力 ３．入力とパズルの移動 ４．２へループ
17. メモリの主な利用状況 • １～３４ …パズルのマスに対応 • ３５ …キーの入力値を一時的に格納 • ３６～４３ …入力値の判定など
18. 初期設定（パズルのマス） • パズルの４＊４マスを６＊６マスに拡張し、 中の４＊４の正方形の部分をパズルのマス目 に対応させる。 • パズルのマス目にはパズルの番号＋６６ （ASCIIでA～Oの文字コード値＋２に対応）、 右端には１０（改行コード）、空白は０（参 照しやすい）、その他は１（１を引いて０に すればif判定しやすい）を代入する。 →現在地±１、６が上下左右に対応し、かつ、 端にあるかどうかの判定も楽にできる。
19. 初期設定 +>+>+>+>++++[>++++<-]+> [>++++>++++>++++>++++>+> >++++>++++>++++>++++>+> >++++>++++>++++>++++>+> >++++>++++>++++>>+ <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<-]+ >+++>++++>+++++>++++++ >------>+>+++++++>++++++++>+++++++++>++++++++++ >------>+>+++++++++++>++++++++++++>+++++++++++++>++++++++++++++ >------>+>+++++++++++++++>++++++++++++++++>+++++++++++++++++ >>------>+>+>+>+>+>
20. 出力 • メモリのうち、パズルのマスに対応する部分と改行コードを出力する。 • このとき、パズルのマスに対応する部分は値を一旦ー２してから出力する。 →空白の部分を出力するため。（このとき、アンダーフローが起きて値は１２６になり、 チルダが出力される。） • アンダーフローを防ぐなら、パズルのマスには１～１５を初期設定で入力しておき、出 力の際のみ毎回６４を足すという方法もあるが…
21. 出力 <<<<<<<<<<<<<<<<< <<<<<<<<<<<<<<<<<<< パズルのマスの先頭まで移動 --.++>--.++>--.++>--.++>.>> --.++>--.++>--.++>--.++>.>> --.++>--.++>--.++>--.++>.>> それぞれ一旦２を引いて出力し、また２を足して戻す。 --.++>--.++>--.++>--.++>.>> 改行コードの部分はそのまま出力 >>>> メモリ３５まで移動して判定へ
22. 入力と判定 • 入力はa(文字コード９７)、ｄ（文字コード１００）、ｓ（文字コード１１５）、ｗ（文字コー ド１１９）のみ想定。それ以外の入力には、何の操作もしない。 １．入力値を４つのメモリにコピー ２．文字コードの若い順に処理する。入力値（をコピーした値）から９７を引き、０だったら左移 動の可能性。 ３．空白の左が欄外かどうか判定。１を引いて０になるかどうか調べればよい。０でないなら左の 値を現在空白のところにコピー。 ４．これをｄ、ｓ、ｗで繰り返す。
23. 入力と判定（Aの部分だけ抜粋） +[-,[->+>>+>>+>>+<<<<<<<] 入力値を４つのメモリに切り取りコピー >>++++++++++++[-<-------->]<- ↑のうち一つから９７を引く >+<[>-<[-]]>[ それが０ならインデント内実行 …☆ >>+++++[<+++++>-] >>+++++[<+++++>-] >>+++++[<+++++>-] ↑でコピーした残りの３つ値に十分大きな値をいれてオーバーフロー防止 <<<<<<<<<<[<] ０（パズルの空白）まで飛ぶ <-[ 左の値が０じゃない（＝欄外じゃない）ならインデント内実行 …※ [>+<-]>+<] パズルを移動 +>[<-]>>>[>] ※のときに左が欄外だった時、１だった値が０になっているので戻し、メモリ３５まで飛ぶ >>-] ☆のときのifの残骸処理
24. 入力と判定部分の注意 ・dが押されたときの判定。値の右が欄外の時、そこのメモリの値は１でなく１０なので、そこ も変わる。 >>++++++++++[-<---------->]< >+<[>-<[-]]>[ >>+++++[<+++++>-] >>+++++[<+++++>-] <<<<<<<<<[<] >----------[ [<+>-]<++++++++++>] ++++++++++<[>----------]>>[>] >>>>-]