Advent of code 2020 elixir 解法回顾 （上）node
网络上有不少有趣的编程题库，其中 Advent of code 近几年收到愈来愈多人的关注。缘由是题目颇有趣，结合圣诞节主题，在圣诞节前的25天天天一题。另外不限制编程语言，只须要输入正确答案便可。每作出一题还会获得一颗圣诞树上的小星星，有成就感。今年我使用 elixir 来解题，转眼间已经作了过半的题目，因而写一篇文章来回顾一下。若是你也想尝试解题，建议作完再看。正则表达式
第一部分是从一个由数字组成的列表中，找到两个数，它们的和等于2020，返回它们的积。 为了让查询快一些，我用了一个 MapSet （查询复杂度 O(1)) 来替代 List (查询复杂度O(n)) 存储这些数字，而后遍历 List，在 MapSet 中寻找可以和当前的数相加等于 2020 的数。编程
Enum.reduce_while(list, mapset, fn x, acc ->
if MapSet.member?(acc, 2020 - x) do
{:halt, x * (2020 - x)}
else
{:cont, MapSet.put(acc, x)}
end
end)
第二部分是把两个数变成了三个数。能够三次遍历 List，而后使用 raise 语句来抛出异常从在找到知足条件的数时打破循环。因为题目规定不能够重复使用同一个位置的数，因此须要记录每一个数的 index。 也可使用三次嵌套的 reduce_while 来寻找答案，好处是不须要 raise 和 index 了，缺点是代码看起来很丑。网络
Enum.reduce_while(list, list, fn x, list ->
case Enum.reduce_while(tl(list), tl(list), fn y, list ->
case Enum.reduce_while(tl(list), tl(list), fn z, list ->
if x + y + z == 2020 do
{:halt, x * y * z}
else
{:cont, tl(list)}
end
end) do
[] ->
{:cont, tl(list)}
a ->
{:halt, a}
end
end) do
[] ->
{:cont, tl(list)}
a ->
{:halt, a}
end
end)
第一部分和第二部分都是根据既定的规则来统计合法的 “密码” 的数量，不一样之处是使用的规则不一样。第一部分的规则是字符串里某个字母出现的次数，例如 1-2 z 表示字符串里只能由 1 到 2 个 z 。比较麻烦的地方可能就是把规则解码出来，若是你熟悉正则表达式会比较快。而后根据规则检查每一个 "password"。编程语言
validate = fn {min, max, [letter], pass} ->
String.to_charlist(pass)
|> Enum.count(fn x -> x == letter end)
|> (fn x -> if x >= min and x <= max, do: 1, else: 0 end).()
end
第二部分的规则是“密码”的某两个位置里，必须有且只有一个位置是给定的字母。例如 1-2 z 表示“密码”的第一位和第二位有且只有一位是 z。能够用 erlang 的字符串匹配来检查某一位的值，而后使用异或逻辑来描述 “有且只有”。函数
xor = fn a, b ->
if not (a and b) and (a or b) do
1
else
0
end
end
toboggan_corporate = fn {left, right, [code], pass} ->
s1 = left - 1
s2 = right - 1
match?(<<_::bytes-size(s1), ^code, _::binary>>, pass)
|> xor.(match?(<<_::bytes-size(s2), ^code, _::binary>>, pass))
end
第三天是颇有画面感的一道题，甚至有人把它作成了动画。在一个二维的地图上，从左上角出发，按照必定的规则跳跃行进，统计一路上会遇到多少颗树（用 # 表示），而后返回全部的规则里会遇到的树的数量的乘积。第一部分和第二部分惟一的区别只是行动的规则不一样。动画
slops1 = [
{3, 1}
]
slops2 = [
{1, 1},
{3, 1},
{5, 1},
{7, 1},
{1, 2}
]
对于向下和向右，须要用不一样的方式去处理，向右的时候，若是到达了地图边缘，像不少老游戏的处理方式同样，又从地图的左边出现（也能够认为是把地图复制了一份到右边）。设计
check_tree = fn s, p ->
p = rem(p, String.length(s))
String.at(s, p) == "#"
end
for {slops, label} <- Enum.with_index([slops1, slops2]) do
Enum.reduce(slops, 1, fn {right, down}, acc ->
s =
data
|> Enum.take_every(down)
|> tl()
|> Enum.reduce({0, 0}, fn x, {count, p} ->
p = p + right
if check_tree.(x, p) do
{count + 1, p}
else
{count, p}
end
end)
|> elem(0)
acc * s
end)
|> IO.inspect(label: "Day3 Part#{label}")
end
这一题是很常见的业务逻辑：数据格式校验。首先我把数据解析成了 map 格式便于处理，第一部分能够用 match? 来完成，map 结构里的元素是不保证顺序的，因此在匹配的时候也不会要求顺序一致。说到这个，elixir 里有一个可能会被坑到地方，就是若是你写了两个 function clauses，都用 map 去匹配，即便第二个 clause 永远不会匹配到，elixir compiler 也是不会提示的。code
第一部分的解法：排序
data
|> Enum.count(&match?(%{ecl: _, pid: _, eyr: _, hcl: _, byr: _, iyr: _, hgt: _}, &1))
第二部分就比较复杂了，仍是那句话，若是你很熟悉正则表达式，就能够很快地解答出来，若是是像我同样只会用最基础的正则，那可能就麻烦一点。但好处是正则作不到的功能，咱们也能够作到。
rules = [
{:byr,
rcheck.(~r/^[0-9]{4}$/)
|> fand.(range.(1920, 2002))},
{:iyr,
rcheck.(~r/^[0-9]{4}$/)
|> fand.(range.(2010, 2020))},
{:eyr,
rcheck.(~r/^[0-9]{4}$/)
|> fand.(range.(2020, 2030))},
{:hgt,
rcapture.(~r/^([0-9]{2})in$/)
|> fmap.(range.(59, 76))
|> ffor.(
rcapture.(~r/^([0-9]{3})cm$/)
|> fmap.(range.(150, 193))
)},
{:hcl, rcheck.(~r/^#[0-9a-f]{6}$/)},
{:ecl, fn x -> x in ~w(amb blu brn gry grn hzl oth) end},
{:pid, rcheck.(~r/^[0-9]{9}$/)}
]
这里的 fand, fmap, ffor 是对匿名函数进行 and ,map,or 的操做，这样就能够用匿名函数来表示规则的一部分，而后用逻辑运算把不一样的规则方便地结合在一块儿。
fand = fn f1, f2 ->
fn x ->
f1.(x) and f2.(x)
end
end
ffor = fn f1, f2 ->
fn x ->
f1.(x) or f2.(x)
end
end
fmap = fn f1, f2 ->
fn x ->
case f1.(x) do
false -> false
a -> f2.(a)
end
end
end
这道题一开始我规规矩矩地按照题目的描述去二分，计算座位 ID。而看到别人的解法以后，个人心里是崩溃的。由于所谓的座位ID，其实就等于FFFBBBFRRR 按照 F -> 0, B -> 1, L -> 0, R -> 1 转换为二进制后的值。
第二部分能够按照题目的描述去写代码，“找到一个位置，它不在列表里，但它的前一位和后一位都在列表里”.
for id <- 1..(heighest - 1) do
if not MapSet.member?(set, id) do
if Enum.all?([id - 1, id + 1], fn x ->
MapSet.member?(set, x)
end) do
IO.inspect(id, label: "Day5 Part2")
end
end
end
问题是“在多个群组里面进行投票，统计符合规则的选项的数量”，第一部分的规则是：“全部被选择的选项（不重复）”，第二部分的规则是：“全部人都选择了的选项”. 能够这样描述这两种规则:
uniq_in_group = fn g -> g |> List.flatten() |> Enum.into(MapSet.new()) |> MapSet.size() end common = fn x, y -> Enum.filter(x, fn a -> a in y end) end common_in_group = fn [h | t] -> t |> Enum.reduce(h, common) |> length() end
MapSet 是公认的“找不一样”的利器。而“找相同”能够用 reduce 依此 filter 出那些 “我有你也有” 的项。
我把这个问题称为“千层包”，很像是编译器展开宏的流程。首先使用一个嵌套的 map 结构去存储每一个 “bag” 的 “定义”， 而后使用另一个 map 去存储展开后的结构。重复地去展开bag，即用 bag 的“定义”去替换 bag 自己，直到不能再展开为止。
expand = fn rules, contains ->
Enum.reduce_while(Stream.cycle([1]), contains, fn _, acc ->
new_acc =
Enum.reduce(acc, %{}, fn {bag, n}, acc1 ->
case rules[bag] do
m when map_size(m) == 0 ->
%{bag => n}
nil ->
%{bag => n}
contains1 ->
for {bag1, n1} <- contains1, into: %{} do
{bag1, n * n1}
end
|> Map.merge(%{"opened #{bag}" => n})
end
|> Map.merge(acc1, fn _k, v1, v2 -> v1 + v2 end)
end)
if new_acc == acc do
{:halt, new_acc}
else
{:cont, new_acc}
end
end)
end
这里有一个陷阱，被展开的 bag 自身也须要被记入总数。因此在展开后的 map 里我加入了 "opened #{bag}" 这样的 key，以方便计数。这里的 Stream.cycle([1])实际上是为了以简单的方式结合 reduce_while 创造一个循环体。第一部分中，须要统计 “shiny gold” ，只需把它的定义置空，让其再也不继续展开便可。
若是你曾经尝试实现一个简单的虚拟机，那么这一题你必定会感受不陌生。本质上是根据“纸带”传来的命令去对 state 进行更新。在这一题里，咱们能够这样设计state 包含的内容，分别是 当前的 index，当前的值，和执行过的命令的 indexes。提及这个 jmp 命令呀，就像这道题目里面说的同样，有可能引发无限循环。因此在有一些特殊的虚拟机中，是不存在 jmp 命令的，好比 Bitcoin Script 的虚拟机。
exe = fn
{"nop", _}, i, a -> {i + 1, a}
{"acc", v}, i, a -> {i + 1, a + v}
{"jmp", v}, i, a -> {i + v, a}
end
run = fn d ->
Enum.reduce_while(Stream.cycle([0]), {0, 0, MapSet.new()}, fn _, {i, a, history} ->
cond do
MapSet.member?(history, i) ->
{:halt, a}
i == map_size(d) ->
{:halt, {:terminate, a}}
true ->
{i1, a1} = exe.(d[i], i, a)
{:cont, {i1, a1, MapSet.put(history, i)}}
end
end)
end
第二部分，能够像题目中描述的那样，尝试替换 nop 和 jmp 命令，看看能不能运行出符合要求的结果。
第一部分，找出列表中不符合 “一个数字列表，除了开头的 pre 个数，以后的数都知足：等于其以前的 pre 个数中的某两个数的和” 的数。这里的问题有一点点像第一天的问题，不过因为 pre 的值很小（25），这里使用 List 去遍历就能够了。
one_valid = fn ins, x ->
Enum.any?(ins, fn y -> (x - y) in ins and 2 * y != x end)
end
valid = fn data, pre ->
{pres, data} = Enum.split(data, pre)
Enum.reduce_while(data, pres, fn x, acc ->
if one_valid.(acc, x) do
{:cont, tl(acc) ++ [x]}
else
{:halt, x}
end
end)
end
第二部分，问题是 “找出一段在列表里连续的数，它们的和等于指定的数”。咱们能够先假设符合条件的子数列的长度是 1，2，3...以此类推。在计算子数列中数字之和的时候，也能够用到上一步的结果，例如一个从 index i 开始的，长度为 n 的子数列，它的元素和等于从 i 开始的，长度为 n-1 的子数列的元素和，加上 index i 处的值。这里我用 {sum_of_value, start_index, end_index} 来表示一个子数列。一个细节：子数列的长度每增长n，子数列的数量就会减小一个，换句话说，上一步里最后一个子数列不具有继续扩张的能力。
sets = fn
idata, last_sets ->
last_sets
|> Enum.drop(-1)
|> Enum.map(fn {v, s, e} ->
{v + idata[e + 1], s, e + 1}
end)
end
init_sets =
Enum.map(data |> Enum.with_index(), fn {v, i} ->
{v, i, i}
end)
第一个问题主要是 “找到间距为3和间距为1的相邻数字组合”，首先把数列从小到大排序，而后计算出相邻数字的间距。
distance = fn list ->
Enum.reduce(list, {[0 | list], []}, fn x, {[h | t], r} -> {t, [x - h | r]} end)
|> elem(1)
|> Enum.reverse()
end
第二个问题，“从最低层到顶层有多少种路径”， 首先在脑海中想象一下这些路径的的图，是一个树状的结构，须要统计它的叶子节点的数量。看到树，就想到了抽象语法树，从而想到宏的展开，进而想到了第七天的问题，直接把第七天的代码复制过来稍做修改就能够解决。这里的细节是如何把被节点构形成 {node, children} 的结构，每一个 child 必须是在集合中，且知足比 node 的值小1到3 .
before = fn x -> (x - 3)..(x - 1) end
attach_before = fn x, set ->
{
x,
before.(x)
|> Enum.filter(fn y ->
MapSet.member?(set, y) and y >= 0
end)
|> Enum.map(fn x -> {x, 1} end)
|> Enum.into(%{})
}
end