Становится уже доброй традицией — все любопытное, что появилось на Хаскеле — повторять на Эликсире.
Первой ласточкой были «Примерно 20 строк для подсчета слов», появившиеся как алаверды на «Побеждая C двадцатью строками Haskell: пишем свой wc» от 0xd34df00d — сегодня же я наткнулся на «Перевозим волка, козу и капусту через реку с эффектами на Haskell» от iokasimov и тоже не устоял.
Итак, встречайте: ленивый полный асинхронный параллельный перебор против алгебраических эффектов.
Постановка задачи (благодарно скопипащщено из оригинальной заметки):
Однажды крестьянину понадобилось перевезти через реку волка, козу и капусту. У крестьянина есть лодка, в которой может поместиться, кроме самого крестьянина, только один объект — или волк, или коза, или капуста. Если крестьянин оставит без присмотра волка с козой, то волк съест козу; если крестьянин оставит без присмотра козу с капустой, коза съест капусту.
Мы будем действовать следующим образом: начнем с состояния «все на левом берегу», и на каждом шаге будем запускать максимум столько эрланг-процессов, сколько на этом берегу живности (+1 для ходки порожняком). При этом мы всегда будем проверять, что остающаяся на берегу живность — друг друга не перегрызет, и эти ветки будем отсекать сразу. Также мы будем хранить историю, и отсекать циклические ветки, возвращающие нас в уже виденное состояние. Это, кстати, не избыточные данные — историю поездок мы будем возвращать в качестве результата.
Итак, начнем с объявлений.
defmodule WolfGoatCabbage.State do
@moduledoc """
Текущее состояние нашей микровселенной.
Берега (`true` > исходный, левый), `ltr` — маркер направления, история поездок.
"""
defstruct banks: %{true => [], false => []}, ltr: true, history: []
end
defmodule WolfGoatCabbage.Subj do
@moduledoc """
Единица живности, с кем конфликтует.
"""
defstruct [:me, :incompatible]
end
Поскольку парсер Хабра все еще живет в XIX веке, вот вам картинка с начальными значениями.
Что ж, можно и перейти к собственно написанию кода.
Проверка целостности
@spec safe?(bank :: [%Subj{}]) :: boolean()
defp safe?(bank) do
subjs =
bank
|> Enum.map(& &1.me)
|> MapSet.new()
incompatibles =
bank
|> Enum.flat_map(& &1.incompatible)
|> MapSet.new()
MapSet.disjoint?(subjs, incompatibles)
end
Построили множество тех, кто остается, множество тех, с кем они несовместимы, и удостоверились, что пересечений нет. Пока все тривиально.
Ход (лодкой)
Условия для порожней ходки, и ходки с живностью довольно сильно различаются, поэтому удобно их обработку разбить на две функции (nil
отлично подходит в качестве «никого»).
@spec move(%State{}, nil | %Subj{}) :: %State{} | false
@doc """
Если в лодке никого, достаточно проверить, что мы не оставляем берег
в уже виденном состоянии, и напрямую вернуть новое состояние.
"""
defp move(%State{ltr: ltr, banks: banks, history: history} = state, nil) do
with true <- not ltr, true <- safe?(banks[ltr]) do
%State{state | ltr: not ltr, history: [length(history) | history]}
end
end
@doc """
Когда в лодке блеют, тявкают, или выразительно хлопают листьями —
все немного сложнее.
Мы переносим живность с одного берега на другой, удостоверяемся, что
ходка безопасна (на покидаемом берегу не возникнет внеплановый ужин) и —
что мы еще не видели такого состояния. Если все критерии выполнены —
возвращаем новое состояние, если нет — терминирующий `false`.
"""
defp move(%State{banks: banks, ltr: ltr, history: history}, who) do
with true <- who in banks[ltr],
banks = %{ltr => banks[ltr] -- [who], not ltr => [who | banks[not ltr]]},
bank_state = MapSet.new(banks[true]),
true <- safe?(banks[ltr]),
true <- not Enum.member?(history, bank_state) do
%State{
banks: banks,
ltr: not ltr,
history: [bank_state | history]
}
end
end
Собственно партия (многоходовочка)
Осталось, собственно, написать основную часть: рекурсивный запуск процессов. Нет ничего проще.
@initial %State{
banks: %{true => @subjs, false => []},
history: [MapSet.new(@subjs)]
}
@spec go(%State{}) :: [MapSet.t()]
def go(state \\ @initial) do
case state.banks[true] do
[] -> # ура!
Enum.reverse(state.history)
_some ->
[nil | @subjs]
|> Task.async_stream(&move(state, &1))
|> Stream.map(&elem(&1, 1)) # лениво
|> Stream.filter(& &1) # лениво
|> Stream.flat_map(&go/1) # лениво и рекурсивно
end
end
Спасибо Stream
, весь этот код ленив, сиречь выполняться не будет, пока не пнут. Мы же тут хаскель пародируем, помните?
Проверяем
Тесты я недолюбливаю и считаю пустой тратой времени: гораздо проще сразу писать рабочий код. Поэтому я просто создам функцию main/0
и выведу результаты на экран.
Тут есть один нюанс: несколько решений вернутся плоским списком из-за Stream.flat_map/2
. Но это не страшно: каждое решение заканчивается пустым множеством, поэтому мы легко разобьем этот плоский лист на чанки. Весь код красивого вывода (которого чуть ли не столько же, сколько логики) я тут приводить не буду, вот gist для энтузиастов.
Удачной сельскохозяйственной перевозки!