chiark / gitweb /
New puzzle: `Tents'. Requires a potentially shared algorithms module
[sgt-puzzles.git] / tents.c
1 /*
2  * tents.c: Puzzle involving placing tents next to trees subject to
3  * some confusing conditions.
4  * 
5  * TODO:
6  * 
7  *  - error highlighting?
8  *     * highlighting adjacent tents is easy
9  *     * highlighting violated numeric clues is almost as easy
10  *       (might want to pay attention to NONTENTs here)
11  *     * but how in hell do we highlight a failure of maxflow
12  *       during completion checking?
13  *        + well, the _obvious_ approach is to use maxflow's own
14  *          error report: it will provide, via the `cut' parameter,
15  *          a set of trees which have too few tents between them.
16  *          It's unclear that this will be particularly obvious to
17  *          a user, however. Is there any other way?
18  * 
19  *  - it might be nice to make setter-provided tent/nontent clues
20  *    inviolable?
21  *     * on the other hand, this would introduce considerable extra
22  *       complexity and size into the game state; also inviolable
23  *       clues would have to be marked as such somehow, in an
24  *       intrusive and annoying manner. Since they're never
25  *       generated by _my_ generator, I'm currently more inclined
26  *       not to bother.
27  * 
28  *  - more difficult levels at the top end?
29  *     * for example, sometimes we can deduce that two BLANKs in
30  *       the same row are each adjacent to the same unattached tree
31  *       and to nothing else, implying that they can't both be
32  *       tents; this enables us to rule out some extra combinations
33  *       in the row-based deduction loop, and hence deduce more
34  *       from the number in that row than we could otherwise do.
35  *     * that by itself doesn't seem worth implementing a new
36  *       difficulty level for, but if I can find a few more things
37  *       like that then it might become worthwhile.
38  *     * I wonder if there's a sensible heuristic for where to
39  *       guess which would make a recursive solver viable?
40  */
41
42 #include <stdio.h>
43 #include <stdlib.h>
44 #include <string.h>
45 #include <assert.h>
46 #include <ctype.h>
47 #include <math.h>
48
49 #include "puzzles.h"
50 #include "maxflow.h"
51
52 /*
53  * Design discussion
54  * -----------------
55  * 
56  * The rules of this puzzle as available on the WWW are poorly
57  * specified. The bits about tents having to be orthogonally
58  * adjacent to trees, tents not being even diagonally adjacent to
59  * one another, and the number of tents in each row and column
60  * being given are simple enough; the difficult bit is the
61  * tent-to-tree matching.
62  * 
63  * Some sources use simplistic wordings such as `each tree is
64  * exactly connected to only one tent', which is extremely unclear:
65  * it's easy to read erroneously as `each tree is _orthogonally
66  * adjacent_ to exactly one tent', which is definitely incorrect.
67  * Even the most coherent sources I've found don't do a much better
68  * job of stating the rule.
69  * 
70  * A more precise statement of the rule is that it must be possible
71  * to find a bijection f between tents and trees such that each
72  * tree T is orthogonally adjacent to the tent f(T), but that a
73  * tent is permitted to be adjacent to other trees in addition to
74  * its own. This slightly non-obvious criterion is what gives this
75  * puzzle most of its subtlety.
76  * 
77  * However, there's a particularly subtle ambiguity left over. Is
78  * the bijection between tents and trees required to be _unique_?
79  * In other words, is that bijection conceptually something the
80  * player should be able to exhibit as part of the solution (even
81  * if they aren't actually required to do so)? Or is it sufficient
82  * to have a unique _placement_ of the tents which gives rise to at
83  * least one suitable bijection?
84  * 
85  * The puzzle shown to the right of this       .T. 2      *T* 2
86  * paragraph illustrates the problem. There    T.T 0  ->  T-T 0
87  * are two distinct bijections available.      .T. 2      *T* 2
88  * The answer to the above question will
89  * determine whether it's a valid puzzle.      202        202
90  * 
91  * This is an important question, because it affects both the
92  * player and the generator. Eventually I found all the instances
93  * of this puzzle I could Google up, solved them all by hand, and
94  * verified that in all cases the tree/tent matching was uniquely
95  * determined given the tree and tent positions. Therefore, the
96  * puzzle as implemented in this source file takes the following
97  * policy:
98  * 
99  *  - When checking a user-supplied solution for correctness, only
100  *    verify that there exists _at least_ one matching.
101  *  - When generating a puzzle, enforce that there must be
102  *    _exactly_ one.
103  * 
104  * Algorithmic implications
105  * ------------------------
106  * 
107  * Another way of phrasing the tree/tent matching criterion is to
108  * say that the bipartite adjacency graph between trees and tents
109  * has a perfect matching. That is, if you construct a graph which
110  * has a vertex per tree and a vertex per tent, and an edge between
111  * any tree and tent which are orthogonally adjacent, it is
112  * possible to find a set of N edges of that graph (where N is the
113  * number of trees and also the number of tents) which between them
114  * connect every tree to every tent.
115  * 
116  * The most efficient known algorithms for finding such a matching
117  * given a graph, as far as I'm aware, are the Munkres assignment
118  * algorithm (also known as the Hungarian algorithm) and the
119  * Ford-Fulkerson algorithm (for finding optimal flows in
120  * networks). Each of these takes O(N^3) running time; so we're
121  * talking O(N^3) time to verify any candidate solution to this
122  * puzzle. That's just about OK if you're doing it once per mouse
123  * click (and in fact not even that, since the sensible thing to do
124  * is check all the _other_ puzzle criteria and only wade into this
125  * quagmire if none are violated); but if the solver had to keep
126  * doing N^3 work internally, then it would probably end up with
127  * more like N^5 or N^6 running time, and grid generation would
128  * become very clunky.
129  * 
130  * Fortunately, I've been able to prove a very useful property of
131  * _unique_ perfect matchings, by adapting the proof of Hall's
132  * Marriage Theorem. For those unaware of Hall's Theorem, I'll
133  * recap it and its proof: it states that a bipartite graph
134  * contains a perfect matching iff every set of vertices on the
135  * left side of the graph have a neighbourhood _at least_ as big on
136  * the right.
137  * 
138  * This condition is obviously satisfied if a perfect matching does
139  * exist; each left-side node has a distinct right-side node which
140  * is the one assigned to it by the matching, and thus any set of n
141  * left vertices must have a combined neighbourhood containing at
142  * least the n corresponding right vertices, and possibly others
143  * too. Alternatively, imagine if you had (say) three left-side
144  * nodes all of which were connected to only two right-side nodes
145  * between them: any perfect matching would have to assign one of
146  * those two right nodes to each of the three left nodes, and still
147  * give the three left nodes a different right node each. This is
148  * of course impossible.
149  *
150  * To prove the converse (that if every subset of left vertices
151  * satisfies the Hall condition then a perfect matching exists),
152  * consider trying to find a proper subset of the left vertices
153  * which _exactly_ satisfies the Hall condition: that is, its right
154  * neighbourhood is precisely the same size as it. If we can find
155  * such a subset, then we can split the bipartite graph into two
156  * smaller ones: one consisting of the left subset and its right
157  * neighbourhood, the other consisting of everything else. Edges
158  * from the left side of the former graph to the right side of the
159  * latter do not exist, by construction; edges from the right side
160  * of the former to the left of the latter cannot be part of any
161  * perfect matching because otherwise the left subset would not be
162  * left with enough distinct right vertices to connect to (this is
163  * exactly the same deduction used in Solo's set analysis). You can
164  * then prove (left as an exercise) that both these smaller graphs
165  * still satisfy the Hall condition, and therefore the proof will
166  * follow by induction.
167  * 
168  * There's one other possibility, which is the case where _no_
169  * proper subset of the left vertices has a right neighbourhood of
170  * exactly the same size. That is, every left subset has a strictly
171  * _larger_ right neighbourhood. In this situation, we can simply
172  * remove an _arbitrary_ edge from the graph. This cannot reduce
173  * the size of any left subset's right neighbourhood by more than
174  * one, so if all neighbourhoods were strictly bigger than they
175  * needed to be initially, they must now still be _at least as big_
176  * as they need to be. So we can keep throwing out arbitrary edges
177  * until we find a set which exactly satisfies the Hall condition,
178  * and then proceed as above. []
179  * 
180  * That's Hall's theorem. I now build on this by examining the
181  * circumstances in which a bipartite graph can have a _unique_
182  * perfect matching. It is clear that in the second case, where no
183  * left subset exactly satisfies the Hall condition and so we can
184  * remove an arbitrary edge, there cannot be a unique perfect
185  * matching: given one perfect matching, we choose our arbitrary
186  * removed edge to be one of those contained in it, and then we can
187  * still find a perfect matching in the remaining graph, which will
188  * be a distinct perfect matching in the original.
189  * 
190  * So it is a necessary condition for a unique perfect matching
191  * that there must be at least one proper left subset which
192  * _exactly_ satisfies the Hall condition. But now consider the
193  * smaller graph constructed by taking that left subset and its
194  * neighbourhood: if the graph as a whole had a unique perfect
195  * matching, then so must this smaller one, which means we can find
196  * a proper left subset _again_, and so on. Repeating this process
197  * must eventually reduce us to a graph with only one left-side
198  * vertex (so there are no proper subsets at all); this vertex must
199  * be connected to only one right-side vertex, and hence must be so
200  * in the original graph as well (by construction). So we can
201  * discard this vertex pair from the graph, and any other edges
202  * that involved it (which will by construction be from other left
203  * vertices only), and the resulting smaller graph still has a
204  * unique perfect matching which means we can do the same thing
205  * again.
206  * 
207  * In other words, given any bipartite graph with a unique perfect
208  * matching, we can find that matching by the following extremely
209  * simple algorithm:
210  * 
211  *  - Find a left-side vertex which is only connected to one
212  *    right-side vertex.
213  *  - Assign those vertices to one another, and therefore discard
214  *    any other edges connecting to that right vertex.
215  *  - Repeat until all vertices have been matched.
216  * 
217  * This algorithm can be run in O(V+E) time (where V is the number
218  * of vertices and E is the number of edges in the graph), and the
219  * only way it can fail is if there is not a unique perfect
220  * matching (either because there is no matching at all, or because
221  * it isn't unique; but it can't distinguish those cases).
222  * 
223  * Thus, the internal solver in this source file can be confident
224  * that if the tree/tent matching is uniquely determined by the
225  * tree and tent positions, it can find it using only this kind of
226  * obvious and simple operation: assign a tree to a tent if it
227  * cannot possibly belong to any other tent, and vice versa. If the
228  * solver were _only_ trying to determine the matching, even that
229  * `vice versa' wouldn't be required; but it can come in handy when
230  * not all the tents have been placed yet. I can therefore be
231  * reasonably confident that as long as my solver doesn't need to
232  * cope with grids that have a non-unique matching, it will also
233  * not need to do anything complicated like set analysis between
234  * trees and tents.
235  */
236
237 /*
238  * In standalone solver mode, `verbose' is a variable which can be
239  * set by command-line option; in debugging mode it's simply always
240  * true.
241  */
242 #if defined STANDALONE_SOLVER
243 #define SOLVER_DIAGNOSTICS
244 int verbose = FALSE;
245 #elif defined SOLVER_DIAGNOSTICS
246 #define verbose TRUE
247 #endif
248
249 /*
250  * Difficulty levels. I do some macro ickery here to ensure that my
251  * enum and the various forms of my name list always match up.
252  */
253 #define DIFFLIST(A) \
254     A(EASY,Easy,e) \
255     A(TRICKY,Tricky,t)
256 #define ENUM(upper,title,lower) DIFF_ ## upper,
257 #define TITLE(upper,title,lower) #title,
258 #define ENCODE(upper,title,lower) #lower
259 #define CONFIG(upper,title,lower) ":" #title
260 enum { DIFFLIST(ENUM) DIFFCOUNT };
261 static char const *const tents_diffnames[] = { DIFFLIST(TITLE) };
262 static char const tents_diffchars[] = DIFFLIST(ENCODE);
263 #define DIFFCONFIG DIFFLIST(CONFIG)
264
265 enum {
266     COL_BACKGROUND,
267     COL_GRID,
268     COL_GRASS,
269     COL_TREETRUNK,
270     COL_TREELEAF,
271     COL_TENT,
272     NCOLOURS
273 };
274
275 enum { BLANK, TREE, TENT, NONTENT, MAGIC };
276
277 struct game_params {
278     int w, h;
279     int diff;
280 };
281
282 struct numbers {
283     int refcount;
284     int *numbers;
285 };
286
287 struct game_state {
288     game_params p;
289     char *grid;
290     struct numbers *numbers;
291     int completed, used_solve;
292 };
293
294 static game_params *default_params(void)
295 {
296     game_params *ret = snew(game_params);
297
298     ret->w = ret->h = 8;
299     ret->diff = DIFF_EASY;
300
301     return ret;
302 }
303
304 static const struct game_params tents_presets[] = {
305     {8, 8, DIFF_EASY},
306     {8, 8, DIFF_TRICKY},
307     {10, 10, DIFF_EASY},
308     {10, 10, DIFF_TRICKY},
309     {15, 15, DIFF_EASY},
310     {15, 15, DIFF_TRICKY},
311 };
312
313 static int game_fetch_preset(int i, char **name, game_params **params)
314 {
315     game_params *ret;
316     char str[80];
317
318     if (i < 0 || i >= lenof(tents_presets))
319         return FALSE;
320
321     ret = snew(game_params);
322     *ret = tents_presets[i];
323
324     sprintf(str, "%dx%d %s", ret->w, ret->h, tents_diffnames[ret->diff]);
325
326     *name = dupstr(str);
327     *params = ret;
328     return TRUE;
329 }
330
331 static void free_params(game_params *params)
332 {
333     sfree(params);
334 }
335
336 static game_params *dup_params(game_params *params)
337 {
338     game_params *ret = snew(game_params);
339     *ret = *params;                    /* structure copy */
340     return ret;
341 }
342
343 static void decode_params(game_params *params, char const *string)
344 {
345     params->w = params->h = atoi(string);
346     while (*string && isdigit((unsigned char)*string)) string++;
347     if (*string == 'x') {
348         string++;
349         params->h = atoi(string);
350         while (*string && isdigit((unsigned char)*string)) string++;
351     }
352     if (*string == 'd') {
353         int i;
354         string++;
355         for (i = 0; i < DIFFCOUNT; i++)
356             if (*string == tents_diffchars[i])
357                 params->diff = i;
358         if (*string) string++;
359     }
360 }
361
362 static char *encode_params(game_params *params, int full)
363 {
364     char buf[120];
365
366     sprintf(buf, "%dx%d", params->w, params->h);
367     if (full)
368         sprintf(buf + strlen(buf), "d%c",
369                 tents_diffchars[params->diff]);
370     return dupstr(buf);
371 }
372
373 static config_item *game_configure(game_params *params)
374 {
375     config_item *ret;
376     char buf[80];
377
378     ret = snewn(4, config_item);
379
380     ret[0].name = "Width";
381     ret[0].type = C_STRING;
382     sprintf(buf, "%d", params->w);
383     ret[0].sval = dupstr(buf);
384     ret[0].ival = 0;
385
386     ret[1].name = "Height";
387     ret[1].type = C_STRING;
388     sprintf(buf, "%d", params->h);
389     ret[1].sval = dupstr(buf);
390     ret[1].ival = 0;
391
392     ret[2].name = "Difficulty";
393     ret[2].type = C_CHOICES;
394     ret[2].sval = DIFFCONFIG;
395     ret[2].ival = params->diff;
396
397     ret[3].name = NULL;
398     ret[3].type = C_END;
399     ret[3].sval = NULL;
400     ret[3].ival = 0;
401
402     return ret;
403 }
404
405 static game_params *custom_params(config_item *cfg)
406 {
407     game_params *ret = snew(game_params);
408
409     ret->w = atoi(cfg[0].sval);
410     ret->h = atoi(cfg[1].sval);
411     ret->diff = cfg[2].ival;
412
413     return ret;
414 }
415
416 static char *validate_params(game_params *params, int full)
417 {
418     if (params->w < 2 || params->h < 2)
419         return "Width and height must both be at least two";
420     return NULL;
421 }
422
423 /*
424  * Scratch space for solver.
425  */
426 enum { N, U, L, R, D, MAXDIR };        /* link directions */
427 #define dx(d) ( ((d)==R) - ((d)==L) )
428 #define dy(d) ( ((d)==D) - ((d)==U) )
429 #define F(d) ( U + D - (d) )
430 struct solver_scratch {
431     char *links;                       /* mapping between trees and tents */
432     int *locs;
433     char *place, *mrows, *trows;
434 };
435
436 static struct solver_scratch *new_scratch(int w, int h)
437 {
438     struct solver_scratch *ret = snew(struct solver_scratch);
439
440     ret->links = snewn(w*h, char);
441     ret->locs = snewn(max(w, h), int);
442     ret->place = snewn(max(w, h), char);
443     ret->mrows = snewn(3 * max(w, h), char);
444     ret->trows = snewn(3 * max(w, h), char);
445
446     return ret;
447 }
448
449 static void free_scratch(struct solver_scratch *sc)
450 {
451     sfree(sc->trows);
452     sfree(sc->mrows);
453     sfree(sc->place);
454     sfree(sc->locs);
455     sfree(sc->links);
456     sfree(sc);
457 }
458
459 /*
460  * Solver. Returns 0 for impossibility, 1 for success, 2 for
461  * ambiguity or failure to converge.
462  */
463 static int tents_solve(int w, int h, const char *grid, int *numbers,
464                        char *soln, struct solver_scratch *sc, int diff)
465 {
466     int x, y, d, i, j;
467     char *mrow, *mrow1, *mrow2, *trow, *trow1, *trow2;
468
469     /*
470      * Set up solver data.
471      */
472     memset(sc->links, N, w*h);
473
474     /*
475      * Set up solution array.
476      */
477     memcpy(soln, grid, w*h);
478
479     /*
480      * Main solver loop.
481      */
482     while (1) {
483         int done_something = FALSE;
484
485         /*
486          * Any tent which has only one unattached tree adjacent to
487          * it can be tied to that tree.
488          */
489         for (y = 0; y < h; y++)
490             for (x = 0; x < w; x++)
491                 if (soln[y*w+x] == TENT && !sc->links[y*w+x]) {
492                     int linkd = 0;
493
494                     for (d = 1; d < MAXDIR; d++) {
495                         int x2 = x + dx(d), y2 = y + dy(d);
496                         if (x2 >= 0 && x2 < w && y2 >= 0 && y2 < h &&
497                             soln[y2*w+x2] == TREE &&
498                             !sc->links[y2*w+x2]) {
499                             if (linkd)
500                                 break; /* found more than one */
501                             else
502                                 linkd = d;
503                         }
504                     }
505
506                     if (d == MAXDIR && linkd == 0) {
507 #ifdef SOLVER_DIAGNOSTICS
508                         if (verbose)
509                             printf("tent at %d,%d cannot link to anything\n",
510                                    x, y);
511 #endif
512                         return 0;      /* no solution exists */
513                     } else if (d == MAXDIR) {
514                         int x2 = x + dx(linkd), y2 = y + dy(linkd);
515
516 #ifdef SOLVER_DIAGNOSTICS
517                         if (verbose)
518                             printf("tent at %d,%d can only link to tree at"
519                                    " %d,%d\n", x, y, x2, y2);
520 #endif
521
522                         sc->links[y*w+x] = linkd;
523                         sc->links[y2*w+x2] = F(linkd);
524                         done_something = TRUE;
525                     }
526                 }
527
528         if (done_something)
529             continue;
530         if (diff < 0)
531             break;                     /* don't do anything else! */
532
533         /*
534          * Mark a blank square as NONTENT if it is not orthogonally
535          * adjacent to any unmatched tree.
536          */
537         for (y = 0; y < h; y++)
538             for (x = 0; x < w; x++)
539                 if (soln[y*w+x] == BLANK) {
540                     int can_be_tent = FALSE;
541
542                     for (d = 1; d < MAXDIR; d++) {
543                         int x2 = x + dx(d), y2 = y + dy(d);
544                         if (x2 >= 0 && x2 < w && y2 >= 0 && y2 < h &&
545                             soln[y2*w+x2] == TREE &&
546                             !sc->links[y2*w+x2])
547                             can_be_tent = TRUE;
548                     }
549
550                     if (!can_be_tent) {
551 #ifdef SOLVER_DIAGNOSTICS
552                         if (verbose)
553                             printf("%d,%d cannot be a tent (no adjacent"
554                                    " unmatched tree)\n", x, y);
555 #endif
556                         soln[y*w+x] = NONTENT;
557                         done_something = TRUE;
558                     }
559                 }
560
561         if (done_something)
562             continue;
563
564         /*
565          * Mark a blank square as NONTENT if it is (perhaps
566          * diagonally) adjacent to any other tent.
567          */
568         for (y = 0; y < h; y++)
569             for (x = 0; x < w; x++)
570                 if (soln[y*w+x] == BLANK) {
571                     int dx, dy, imposs = FALSE;
572
573                     for (dy = -1; dy <= +1; dy++)
574                         for (dx = -1; dx <= +1; dx++)
575                             if (dy || dx) {
576                                 int x2 = x + dx, y2 = y + dy;
577                                 if (x2 >= 0 && x2 < w && y2 >= 0 && y2 < h &&
578                                     soln[y2*w+x2] == TENT)
579                                     imposs = TRUE;
580                             }
581
582                     if (imposs) {
583 #ifdef SOLVER_DIAGNOSTICS
584                         if (verbose)
585                             printf("%d,%d cannot be a tent (adjacent tent)\n",
586                                    x, y);
587 #endif
588                         soln[y*w+x] = NONTENT;
589                         done_something = TRUE;
590                     }
591                 }
592
593         if (done_something)
594             continue;
595
596         /*
597          * Any tree which has exactly one {unattached tent, BLANK}
598          * adjacent to it must have its tent in that square.
599          */
600         for (y = 0; y < h; y++)
601             for (x = 0; x < w; x++)
602                 if (soln[y*w+x] == TREE && !sc->links[y*w+x]) {
603                     int linkd = 0, linkd2 = 0, nd = 0;
604
605                     for (d = 1; d < MAXDIR; d++) {
606                         int x2 = x + dx(d), y2 = y + dy(d);
607                         if (!(x2 >= 0 && x2 < w && y2 >= 0 && y2 < h))
608                             continue;
609                         if (soln[y2*w+x2] == BLANK ||
610                             (soln[y2*w+x2] == TENT && !sc->links[y2*w+x2])) {
611                             if (linkd)
612                                 linkd2 = d;
613                             else
614                                 linkd = d;
615                             nd++;
616                         }
617                     }
618
619                     if (nd == 0) {
620 #ifdef SOLVER_DIAGNOSTICS
621                         if (verbose)
622                             printf("tree at %d,%d cannot link to anything\n",
623                                    x, y);
624 #endif
625                         return 0;      /* no solution exists */
626                     } else if (nd == 1) {
627                         int x2 = x + dx(linkd), y2 = y + dy(linkd);
628
629 #ifdef SOLVER_DIAGNOSTICS
630                         if (verbose)
631                             printf("tree at %d,%d can only link to tent at"
632                                    " %d,%d\n", x, y, x2, y2);
633 #endif
634                         soln[y2*w+x2] = TENT;
635                         sc->links[y*w+x] = linkd;
636                         sc->links[y2*w+x2] = F(linkd);
637                         done_something = TRUE;
638                     } else if (nd == 2 && (!dx(linkd) != !dx(linkd2)) &&
639                                diff >= DIFF_TRICKY) {
640                         /*
641                          * If there are two possible places where
642                          * this tree's tent can go, and they are
643                          * diagonally separated rather than being
644                          * on opposite sides of the tree, then the
645                          * square (other than the tree square)
646                          * which is adjacent to both of them must
647                          * be a non-tent.
648                          */
649                         int x2 = x + dx(linkd) + dx(linkd2);
650                         int y2 = y + dy(linkd) + dy(linkd2);
651                         assert(x2 >= 0 && x2 < w && y2 >= 0 && y2 < h);
652                         if (soln[y2*w+x2] == BLANK) {
653 #ifdef SOLVER_DIAGNOSTICS
654                             if (verbose)
655                                 printf("possible tent locations for tree at"
656                                        " %d,%d rule out tent at %d,%d\n",
657                                        x, y, x2, y2);
658 #endif
659                             soln[y2*w+x2] = NONTENT;
660                             done_something = TRUE;
661                         }
662                     }
663                 }
664
665         if (done_something)
666             continue;
667
668         /*
669          * If localised deductions about the trees and tents
670          * themselves haven't helped us, it's time to resort to the
671          * numbers round the grid edge. For each row and column, we
672          * go through all possible combinations of locations for
673          * the unplaced tents, rule out any which have adjacent
674          * tents, and spot any square which is given the same state
675          * by all remaining combinations.
676          */
677         for (i = 0; i < w+h; i++) {
678             int start, step, len, start1, start2, n, k;
679
680             if (i < w) {
681                 /*
682                  * This is the number for a column.
683                  */
684                 start = i;
685                 step = w;
686                 len = h;
687                 if (i > 0)
688                     start1 = start - 1;
689                 else
690                     start1 = -1;
691                 if (i+1 < w)
692                     start2 = start + 1;
693                 else
694                     start2 = -1;
695             } else {
696                 /*
697                  * This is the number for a row.
698                  */
699                 start = (i-w)*w;
700                 step = 1;
701                 len = w;
702                 if (i > w)
703                     start1 = start - w;
704                 else
705                     start1 = -1;
706                 if (i+1 < w+h)
707                     start2 = start + w;
708                 else
709                     start2 = -1;
710             }
711
712             if (diff < DIFF_TRICKY) {
713                 /*
714                  * In Easy mode, we don't look at the effect of one
715                  * row on the next (i.e. ruling out a square if all
716                  * possibilities for an adjacent row place a tent
717                  * next to it).
718                  */
719                 start1 = start2 = -1;
720             }
721
722             k = numbers[i];
723
724             /*
725              * Count and store the locations of the free squares,
726              * and also count the number of tents already placed.
727              */
728             n = 0;
729             for (j = 0; j < len; j++) {
730                 if (soln[start+j*step] == TENT)
731                     k--;               /* one fewer tent to place */
732                 else if (soln[start+j*step] == BLANK)
733                     sc->locs[n++] = j;
734             }
735
736             if (n == 0)
737                 continue;              /* nothing left to do here */
738
739             /*
740              * Now we know we're placing k tents in n squares. Set
741              * up the first possibility.
742              */
743             for (j = 0; j < n; j++)
744                 sc->place[j] = (j < k ? TENT : NONTENT);
745
746             /*
747              * We're aiming to find squares in this row which are
748              * invariant over all valid possibilities. Thus, we
749              * maintain the current state of that invariance. We
750              * start everything off at MAGIC to indicate that it
751              * hasn't been set up yet.
752              */
753             mrow = sc->mrows;
754             mrow1 = sc->mrows + len;
755             mrow2 = sc->mrows + 2*len;
756             trow = sc->trows;
757             trow1 = sc->trows + len;
758             trow2 = sc->trows + 2*len;
759             memset(mrow, MAGIC, 3*len);
760
761             /*
762              * And iterate over all possibilities.
763              */
764             while (1) {
765                 int p, valid;
766
767                 /*
768                  * See if this possibility is valid. The only way
769                  * it can fail to be valid is if it contains two
770                  * adjacent tents. (Other forms of invalidity, such
771                  * as containing a tent adjacent to one already
772                  * placed, will have been dealt with already by
773                  * other parts of the solver.)
774                  */
775                 valid = TRUE;
776                 for (j = 0; j+1 < n; j++)
777                     if (sc->place[j] == TENT &&
778                         sc->place[j+1] == TENT &&
779                         sc->locs[j+1] == sc->locs[j]+1) {
780                         valid = FALSE;
781                         break;
782                     }
783
784                 if (valid) {
785                     /*
786                      * Merge this valid combination into mrow.
787                      */
788                     memset(trow, MAGIC, len);
789                     memset(trow+len, BLANK, 2*len);
790                     for (j = 0; j < n; j++) {
791                         trow[sc->locs[j]] = sc->place[j];
792                         if (sc->place[j] == TENT) {
793                             int jj;
794                             for (jj = sc->locs[j]-1; jj <= sc->locs[j]+1; jj++)
795                                 if (jj >= 0 && jj < len)
796                                     trow1[jj] = trow2[jj] = NONTENT;
797                         }
798                     }
799
800                     for (j = 0; j < 3*len; j++) {
801                         if (trow[j] == MAGIC)
802                             continue;
803                         if (mrow[j] == MAGIC || mrow[j] == trow[j]) {
804                             /*
805                              * Either this is the first valid
806                              * placement we've found at all, or
807                              * this square's contents are
808                              * consistent with every previous valid
809                              * combination.
810                              */
811                             mrow[j] = trow[j];
812                         } else {
813                             /*
814                              * This square's contents fail to match
815                              * what they were in a different
816                              * combination, so we cannot deduce
817                              * anything about this square.
818                              */
819                             mrow[j] = BLANK;
820                         }
821                     }
822                 }
823
824                 /*
825                  * Find the next combination of k choices from n.
826                  * We do this by finding the rightmost tent which
827                  * can be moved one place right, doing so, and
828                  * shunting all tents to the right of that as far
829                  * left as they can go.
830                  */
831                 p = 0;
832                 for (j = n-1; j > 0; j--) {
833                     if (sc->place[j] == TENT)
834                         p++;
835                     if (sc->place[j] == NONTENT && sc->place[j-1] == TENT) {
836                         sc->place[j-1] = NONTENT;
837                         sc->place[j] = TENT;
838                         while (p--)
839                             sc->place[++j] = TENT;
840                         while (++j < n)
841                             sc->place[j] = NONTENT;
842                         break;
843                     }
844                 }
845                 if (j <= 0)
846                     break;             /* we've finished */
847             }
848
849             /*
850              * It's just possible that _no_ placement was valid, in
851              * which case we have an internally inconsistent
852              * puzzle.
853              */
854             if (mrow[sc->locs[0]] == MAGIC)
855                 return 0;              /* inconsistent */
856
857             /*
858              * Now go through mrow and see if there's anything
859              * we've deduced which wasn't already mentioned in soln.
860              */
861             for (j = 0; j < len; j++) {
862                 int whichrow;
863
864                 for (whichrow = 0; whichrow < 3; whichrow++) {
865                     char *mthis = mrow + whichrow * len;
866                     int tstart = (whichrow == 0 ? start :
867                                   whichrow == 1 ? start1 : start2);
868                     if (tstart >= 0 &&
869                         mthis[j] != MAGIC && mthis[j] != BLANK &&
870                         soln[tstart+j*step] == BLANK) {
871                         int pos = tstart+j*step;
872
873 #ifdef SOLVER_DIAGNOSTICS
874                         if (verbose)
875                             printf("%s %d forces %s at %d,%d\n",
876                                    step==1 ? "row" : "column",
877                                    step==1 ? start/w : start,
878                                    mrow[j] == TENT ? "tent" : "non-tent",
879                                    pos % w, pos / w);
880 #endif
881                         soln[pos] = mthis[j];
882                         done_something = TRUE;
883                     }
884                 }
885             }
886         }
887
888         if (done_something)
889             continue;
890
891         if (!done_something)
892             break;
893     }
894
895     /*
896      * The solver has nothing further it can do. Return 1 if both
897      * soln and sc->links are completely filled in, or 2 otherwise.
898      */
899     for (y = 0; y < h; y++)
900         for (x = 0; x < w; x++) {
901             if (soln[y*w+x] == BLANK)
902                 return 2;
903             if (soln[y*w+x] != NONTENT && sc->links[y*w+x] == 0)
904                 return 2;
905         }
906
907     return 1;
908 }
909
910 static char *new_game_desc(game_params *params, random_state *rs,
911                            char **aux, int interactive)
912 {
913     int w = params->w, h = params->h;
914     int ntrees = w * h / 5;
915     char *grid = snewn(w*h, char);
916     char *puzzle = snewn(w*h, char);
917     int *numbers = snewn(w+h, int);
918     char *soln = snewn(w*h, char);
919     int *temp = snewn(2*w*h, int), *itemp = temp + w*h;
920     int maxedges = ntrees*4 + w*h;
921     int *edges = snewn(2*maxedges, int);
922     int *capacity = snewn(maxedges, int);
923     int *flow = snewn(maxedges, int);
924     struct solver_scratch *sc = new_scratch(w, h);
925     char *ret, *p;
926     int i, j, nedges;
927
928     /*
929      * Since this puzzle has many global deductions and doesn't
930      * permit limited clue sets, generating grids for this puzzle
931      * is hard enough that I see no better option than to simply
932      * generate a solution and see if it's unique and has the
933      * required difficulty. This turns out to be computationally
934      * plausible as well.
935      * 
936      * We chose our tree count (hence also tent count) by dividing
937      * the total grid area by five above. Why five? Well, w*h/4 is
938      * the maximum number of tents you can _possibly_ fit into the
939      * grid without violating the separation criterion, and to
940      * achieve that you are constrained to a very small set of
941      * possible layouts (the obvious one with a tent at every
942      * (even,even) coordinate, and trivial variations thereon). So
943      * if we reduce the tent count a bit more, we enable more
944      * random-looking placement; 5 turns out to be a plausible
945      * figure which yields sensible puzzles. Increasing the tent
946      * count would give puzzles whose solutions were too regimented
947      * and could be solved by the use of that knowledge (and would
948      * also take longer to find a viable placement); decreasing it
949      * would make the grids emptier and more boring.
950      * 
951      * Actually generating a grid is a matter of first placing the
952      * tents, and then placing the trees by the use of maxflow
953      * (finding a distinct square adjacent to every tent). We do it
954      * this way round because otherwise satisfying the tent
955      * separation condition would become onerous: most randomly
956      * chosen tent layouts do not satisfy this condition, so we'd
957      * have gone to a lot of work before finding that a candidate
958      * layout was unusable. Instead, we place the tents first and
959      * ensure they meet the separation criterion _before_ doing
960      * lots of computation; this works much better.
961      * 
962      * The maxflow algorithm is not randomised, so employed naively
963      * it would give rise to grids with clear structure and
964      * directional bias. Hence, I assign the network nodes as seen
965      * by maxflow to be a _random_ permutation the squares of the
966      * grid, so that any bias shown by maxflow towards low-numbered
967      * nodes is turned into a random bias.
968      * 
969      * This generation strategy can fail at many points, including
970      * as early as tent placement (if you get a bad random order in
971      * which to greedily try the grid squares, you won't even
972      * manage to find enough mutually non-adjacent squares to put
973      * the tents in). Then it can fail if maxflow doesn't manage to
974      * find a good enough matching (i.e. the tent placements don't
975      * admit any adequate tree placements); and finally it can fail
976      * if the solver finds that the problem has the wrong
977      * difficulty (including being actually non-unique). All of
978      * these, however, are insufficiently frequent to cause
979      * trouble.
980      */
981
982     while (1) {
983         /*
984          * Arrange the grid squares into a random order, and invert
985          * that order so we can find a square's index as well.
986          */
987         for (i = 0; i < w*h; i++)
988             temp[i] = i;
989         shuffle(temp, w*h, sizeof(*temp), rs);
990         for (i = 0; i < w*h; i++)
991             itemp[temp[i]] = i;
992
993         /*
994          * The first `ntrees' entries in temp which we can get
995          * without making two tents adjacent will be the tent
996          * locations.
997          */
998         memset(grid, BLANK, w*h);
999         j = ntrees;
1000         for (i = 0; i < w*h && j > 0; i++) {
1001             int x = temp[i] % w, y = temp[i] / w;
1002             int dy, dx, ok = TRUE;
1003
1004             for (dy = -1; dy <= +1; dy++)
1005                 for (dx = -1; dx <= +1; dx++)
1006                     if (x+dx >= 0 && x+dx < w &&
1007                         y+dy >= 0 && y+dy < h &&
1008                         grid[(y+dy)*w+(x+dx)] == TENT)
1009                         ok = FALSE;
1010
1011             if (ok) {
1012                 grid[temp[i]] = TENT;
1013                 j--;
1014             }
1015         }
1016         if (j > 0)
1017             continue;                  /* couldn't place all the tents */
1018
1019         /*
1020          * Now we build up the list of graph edges.
1021          */
1022         nedges = 0;
1023         for (i = 0; i < w*h; i++) {
1024             if (grid[temp[i]] == TENT) {
1025                 for (j = 0; j < w*h; j++) {
1026                     if (grid[temp[j]] != TENT) {
1027                         int xi = temp[i] % w, yi = temp[i] / w;
1028                         int xj = temp[j] % w, yj = temp[j] / w;
1029                         if (abs(xi-xj) + abs(yi-yj) == 1) {
1030                             edges[nedges*2] = i;
1031                             edges[nedges*2+1] = j;
1032                             capacity[nedges] = 1;
1033                             nedges++;
1034                         }
1035                     }
1036                 }
1037             } else {
1038                 /*
1039                  * Special node w*h is the sink node; any non-tent node
1040                  * has an edge going to it.
1041                  */
1042                 edges[nedges*2] = i;
1043                 edges[nedges*2+1] = w*h;
1044                 capacity[nedges] = 1;
1045                 nedges++;
1046             }
1047         }
1048
1049         /*
1050          * Special node w*h+1 is the source node, with an edge going to
1051          * every tent.
1052          */
1053         for (i = 0; i < w*h; i++) {
1054             if (grid[temp[i]] == TENT) {
1055                 edges[nedges*2] = w*h+1;
1056                 edges[nedges*2+1] = i;
1057                 capacity[nedges] = 1;
1058                 nedges++;
1059             }
1060         }
1061
1062         assert(nedges <= maxedges);
1063
1064         /*
1065          * Now we're ready to call the maxflow algorithm to place the
1066          * trees.
1067          */
1068         j = maxflow(w*h+2, w*h+1, w*h, nedges, edges, capacity, flow, NULL);
1069
1070         if (j < ntrees)
1071             continue;                  /* couldn't place all the tents */
1072
1073         /*
1074          * We've placed the trees. Now we need to work out _where_
1075          * we've placed them, which is a matter of reading back out
1076          * from the `flow' array.
1077          */
1078         for (i = 0; i < nedges; i++) {
1079             if (edges[2*i] < w*h && edges[2*i+1] < w*h && flow[i] > 0)
1080                 grid[temp[edges[2*i+1]]] = TREE;
1081         }
1082
1083         /*
1084          * I think it looks ugly if there isn't at least one of
1085          * _something_ (tent or tree) in each row and each column
1086          * of the grid. This doesn't give any information away
1087          * since a completely empty row/column is instantly obvious
1088          * from the clues (it has no trees and a zero).
1089          */
1090         for (i = 0; i < w; i++) {
1091             for (j = 0; j < h; j++) {
1092                 if (grid[j*w+i] != BLANK)
1093                     break;             /* found something in this column */
1094             }
1095             if (j == h)
1096                 break;                 /* found empty column */
1097         }
1098         if (i < w)
1099             continue;                  /* a column was empty */
1100
1101         for (j = 0; j < h; j++) {
1102             for (i = 0; i < w; i++) {
1103                 if (grid[j*w+i] != BLANK)
1104                     break;             /* found something in this row */
1105             }
1106             if (i == w)
1107                 break;                 /* found empty row */
1108         }
1109         if (j < h)
1110             continue;                  /* a row was empty */
1111
1112         /*
1113          * Now set up the numbers round the edge.
1114          */
1115         for (i = 0; i < w; i++) {
1116             int n = 0;
1117             for (j = 0; j < h; j++)
1118                 if (grid[j*w+i] == TENT)
1119                     n++;
1120             numbers[i] = n;
1121         }
1122         for (i = 0; i < h; i++) {
1123             int n = 0;
1124             for (j = 0; j < w; j++)
1125                 if (grid[i*w+j] == TENT)
1126                     n++;
1127             numbers[w+i] = n;
1128         }
1129
1130         /*
1131          * And now actually solve the puzzle, to see whether it's
1132          * unique and has the required difficulty.
1133          */
1134         for (i = 0; i < w*h; i++)
1135             puzzle[i] = grid[i] == TREE ? TREE : BLANK;
1136         i = tents_solve(w, h, puzzle, numbers, soln, sc, params->diff-1);
1137         j = tents_solve(w, h, puzzle, numbers, soln, sc, params->diff);
1138
1139         /*
1140          * We expect solving with difficulty params->diff to have
1141          * succeeded (otherwise the problem is too hard), and
1142          * solving with diff-1 to have failed (otherwise it's too
1143          * easy).
1144          */
1145         if (i == 2 && j == 1)
1146             break;
1147     }
1148
1149     /*
1150      * That's it. Encode as a game ID.
1151      */
1152     ret = snewn((w+h)*40 + ntrees + (w*h)/26 + 1, char);
1153     p = ret;
1154     j = 0;
1155     for (i = 0; i <= w*h; i++) {
1156         int c = (i < w*h ? grid[i] == TREE : 1);
1157         if (c) {
1158             *p++ = (j == 0 ? '_' : j-1 + 'a');
1159             j = 0;
1160         } else {
1161             j++;
1162             while (j > 25) {
1163                 *p++ = 'z';
1164                 j -= 25;
1165             }
1166         }
1167     }
1168     for (i = 0; i < w+h; i++)
1169         p += sprintf(p, ",%d", numbers[i]);
1170     *p++ = '\0';
1171     ret = sresize(ret, p - ret, char);
1172
1173     /*
1174      * And encode the solution as an aux_info.
1175      */
1176     *aux = snewn(ntrees * 40, char);
1177     p = *aux;
1178     *p++ = 'S';
1179     for (i = 0; i < w*h; i++)
1180         if (grid[i] == TENT)
1181             p += sprintf(p, ";T%d,%d", i%w, i/w);
1182     *p++ = '\0';
1183     *aux = sresize(*aux, p - *aux, char);
1184
1185     free_scratch(sc);
1186     sfree(flow);
1187     sfree(capacity);
1188     sfree(edges);
1189     sfree(temp);
1190     sfree(soln);
1191     sfree(numbers);
1192     sfree(puzzle);
1193     sfree(grid);
1194
1195     return ret;
1196 }
1197
1198 static char *validate_desc(game_params *params, char *desc)
1199 {
1200     int w = params->w, h = params->h;
1201     int area, i;
1202
1203     area = 0;
1204     while (*desc && *desc != ',') {
1205         if (*desc == '_')
1206             area++;
1207         else if (*desc >= 'a' && *desc < 'z')
1208             area += *desc - 'a' + 2;
1209         else if (*desc == 'z')
1210             area += 25;
1211         else if (*desc == '!' || *desc == '-')
1212             /* do nothing */;
1213         else
1214             return "Invalid character in grid specification";
1215
1216         desc++;
1217     }
1218
1219     for (i = 0; i < w+h; i++) {
1220         if (!*desc)
1221             return "Not enough numbers given after grid specification";
1222         else if (*desc != ',')
1223             return "Invalid character in number list";
1224         desc++;
1225         while (*desc && isdigit((unsigned char)*desc)) desc++;
1226     }
1227
1228     if (*desc)
1229         return "Unexpected additional data at end of game description";
1230     return NULL;
1231 }
1232
1233 static game_state *new_game(midend *me, game_params *params, char *desc)
1234 {
1235     int w = params->w, h = params->h;
1236     game_state *state = snew(game_state);
1237     int i;
1238
1239     state->p = *params;                /* structure copy */
1240     state->grid = snewn(w*h, char);
1241     state->numbers = snew(struct numbers);
1242     state->numbers->refcount = 1;
1243     state->numbers->numbers = snewn(w+h, int);
1244     state->completed = state->used_solve = FALSE;
1245
1246     i = 0;
1247     memset(state->grid, BLANK, w*h);
1248
1249     while (*desc) {
1250         int run, type;
1251
1252         type = TREE;
1253
1254         if (*desc == '_')
1255             run = 0;
1256         else if (*desc >= 'a' && *desc < 'z')
1257             run = *desc - ('a'-1);
1258         else if (*desc == 'z') {
1259             run = 25;
1260             type = BLANK;
1261         } else {
1262             assert(*desc == '!' || *desc == '-');
1263             run = -1;
1264             type = (*desc == '!' ? TENT : NONTENT);
1265         }
1266
1267         desc++;
1268
1269         i += run;
1270         assert(i >= 0 && i <= w*h);
1271         if (i == w*h) {
1272             assert(type == TREE);
1273             break;
1274         } else {
1275             if (type != BLANK)
1276                 state->grid[i++] = type;
1277         }
1278     }
1279
1280     for (i = 0; i < w+h; i++) {
1281         assert(*desc == ',');
1282         desc++;
1283         state->numbers->numbers[i] = atoi(desc);
1284         while (*desc && isdigit((unsigned char)*desc)) desc++;
1285     }
1286
1287     assert(!*desc);
1288
1289     return state;
1290 }
1291
1292 static game_state *dup_game(game_state *state)
1293 {
1294     int w = state->p.w, h = state->p.h;
1295     game_state *ret = snew(game_state);
1296
1297     ret->p = state->p;                 /* structure copy */
1298     ret->grid = snewn(w*h, char);
1299     memcpy(ret->grid, state->grid, w*h);
1300     ret->numbers = state->numbers;
1301     state->numbers->refcount++;
1302     ret->completed = state->completed;
1303     ret->used_solve = state->used_solve;
1304
1305     return ret;
1306 }
1307
1308 static void free_game(game_state *state)
1309 {
1310     if (--state->numbers->refcount <= 0) {
1311         sfree(state->numbers->numbers);
1312         sfree(state->numbers);
1313     }
1314     sfree(state->grid);
1315     sfree(state);
1316 }
1317
1318 static char *solve_game(game_state *state, game_state *currstate,
1319                         char *aux, char **error)
1320 {
1321     int w = state->p.w, h = state->p.h;
1322
1323     if (aux) {
1324         /*
1325          * If we already have the solution, save ourselves some
1326          * time.
1327          */
1328         return dupstr(aux);
1329     } else {
1330         struct solver_scratch *sc = new_scratch(w, h);
1331         char *soln;
1332         int ret;
1333         char *move, *p;
1334         int i;
1335
1336         soln = snewn(w*h, char);
1337         ret = tents_solve(w, h, state->grid, state->numbers->numbers,
1338                           soln, sc, DIFFCOUNT-1);
1339         free_scratch(sc);
1340         if (ret != 1) {
1341             sfree(soln);
1342             if (ret == 0)
1343                 *error = "This puzzle is not self-consistent";
1344             else
1345                 *error = "Unable to find a unique solution for this puzzle";
1346             return NULL;
1347         }
1348
1349         /*
1350          * Construct a move string which turns the current state
1351          * into the solved state.
1352          */
1353         move = snewn(w*h * 40, char);
1354         p = move;
1355         *p++ = 'S';
1356         for (i = 0; i < w*h; i++)
1357             if (soln[i] == TENT)
1358                 p += sprintf(p, ";T%d,%d", i%w, i/w);
1359         *p++ = '\0';
1360         move = sresize(move, p - move, char);
1361
1362         sfree(soln);
1363
1364         return move;
1365     }
1366 }
1367
1368 static char *game_text_format(game_state *state)
1369 {
1370     int w = state->p.w, h = state->p.h;
1371     char *ret, *p;
1372     int x, y;
1373
1374     /*
1375      * FIXME: We currently do not print the numbers round the edges
1376      * of the grid. I need to work out a sensible way of doing this
1377      * even when the column numbers exceed 9.
1378      * 
1379      * In the absence of those numbers, the result size is h lines
1380      * of w+1 characters each, plus a NUL.
1381      * 
1382      * This function is currently only used by the standalone
1383      * solver; until I make it look more sensible, I won't enable
1384      * it in the main game structure.
1385      */
1386     ret = snewn(h*(w+1) + 1, char);
1387     p = ret;
1388     for (y = 0; y < h; y++) {
1389         for (x = 0; x < w; x++) {
1390             *p = (state->grid[y*w+x] == BLANK ? '.' :
1391                   state->grid[y*w+x] == TREE ? 'T' :
1392                   state->grid[y*w+x] == TENT ? '*' :
1393                   state->grid[y*w+x] == NONTENT ? '-' : '?');
1394             p++;
1395         }
1396         *p++ = '\n';
1397     }
1398     *p++ = '\0';
1399
1400     return ret;
1401 }
1402
1403 static game_ui *new_ui(game_state *state)
1404 {
1405     return NULL;
1406 }
1407
1408 static void free_ui(game_ui *ui)
1409 {
1410 }
1411
1412 static char *encode_ui(game_ui *ui)
1413 {
1414     return NULL;
1415 }
1416
1417 static void decode_ui(game_ui *ui, char *encoding)
1418 {
1419 }
1420
1421 static void game_changed_state(game_ui *ui, game_state *oldstate,
1422                                game_state *newstate)
1423 {
1424 }
1425
1426 struct game_drawstate {
1427     int tilesize;
1428     int started;
1429     game_params p;
1430     char *drawn;
1431 };
1432
1433 #define PREFERRED_TILESIZE 32
1434 #define TILESIZE (ds->tilesize)
1435 #define TLBORDER (TILESIZE/2)
1436 #define BRBORDER (TILESIZE*3/2)
1437 #define COORD(x)  ( (x) * TILESIZE + TLBORDER )
1438 #define FROMCOORD(x)  ( ((x) - TLBORDER + TILESIZE) / TILESIZE - 1 )
1439
1440 #define FLASH_TIME 0.30F
1441
1442 static char *interpret_move(game_state *state, game_ui *ui, game_drawstate *ds,
1443                             int x, int y, int button)
1444 {
1445     int w = state->p.w, h = state->p.h;
1446
1447     if (button == LEFT_BUTTON || button == RIGHT_BUTTON) {
1448         int v;
1449         char buf[80];
1450
1451         x = FROMCOORD(x);
1452         y = FROMCOORD(y);
1453         if (x < 0 || y < 0 || x >= w || y >= h)
1454             return NULL;
1455
1456         if (state->grid[y*w+x] == TREE)
1457             return NULL;
1458
1459         if (button == LEFT_BUTTON) {
1460             v = (state->grid[y*w+x] == BLANK ? TENT : BLANK);
1461         } else {
1462             v = (state->grid[y*w+x] == BLANK ? NONTENT : BLANK);
1463         }
1464
1465         sprintf(buf, "%c%d,%d", (int)(v==BLANK ? 'B' :
1466                                       v==TENT ? 'T' : 'N'), x, y);
1467         return dupstr(buf);
1468     }
1469
1470     return NULL;
1471 }
1472
1473 static game_state *execute_move(game_state *state, char *move)
1474 {
1475     int w = state->p.w, h = state->p.h;
1476     char c;
1477     int x, y, m, n, i, j;
1478     game_state *ret = dup_game(state);
1479
1480     while (*move) {
1481         c = *move;
1482         if (c == 'S') {
1483             int i;
1484             ret->used_solve = TRUE;
1485             /*
1486              * Set all non-tree squares to NONTENT. The rest of the
1487              * solve move will fill the tents in over the top.
1488              */
1489             for (i = 0; i < w*h; i++)
1490                 if (ret->grid[i] != TREE)
1491                     ret->grid[i] = NONTENT;
1492             move++;
1493         } else if (c == 'B' || c == 'T' || c == 'N') {
1494             move++;
1495             if (sscanf(move, "%d,%d%n", &x, &y, &n) != 2 ||
1496                 x < 0 || y < 0 || x >= w || y >= h) {
1497                 free_game(ret);
1498                 return NULL;
1499             }
1500             if (ret->grid[y*w+x] == TREE) {
1501                 free_game(ret);
1502                 return NULL;
1503             }
1504             ret->grid[y*w+x] = (c == 'B' ? BLANK : c == 'T' ? TENT : NONTENT);
1505             move += n;
1506         } else {
1507             free_game(ret);
1508             return NULL;
1509         }
1510         if (*move == ';')
1511             move++;
1512         else if (*move) {
1513             free_game(ret);
1514             return NULL;
1515         }
1516     }
1517
1518     /*
1519      * Check for completion.
1520      */
1521     for (i = n = m = 0; i < w*h; i++) {
1522         if (ret->grid[i] == TENT)
1523             n++;
1524         else if (ret->grid[i] == TREE)
1525             m++;
1526     }
1527     if (n == m) {
1528         int nedges, maxedges, *edges, *capacity, *flow;
1529
1530         /*
1531          * We have the right number of tents, which is a
1532          * precondition for the game being complete. Now check that
1533          * the numbers add up.
1534          */
1535         for (i = 0; i < w; i++) {
1536             n = 0;
1537             for (j = 0; j < h; j++)
1538                 if (ret->grid[j*w+i] == TENT)
1539                     n++;
1540             if (ret->numbers->numbers[i] != n)
1541                 goto completion_check_done;
1542         }
1543         for (i = 0; i < h; i++) {
1544             n = 0;
1545             for (j = 0; j < w; j++)
1546                 if (ret->grid[i*w+j] == TENT)
1547                     n++;
1548             if (ret->numbers->numbers[w+i] != n)
1549                 goto completion_check_done;
1550         }
1551         /*
1552          * Also, check that no two tents are adjacent.
1553          */
1554         for (y = 0; y < h; y++)
1555             for (x = 0; x < w; x++) {
1556                 if (x+1 < w &&
1557                     ret->grid[y*w+x] == TENT && ret->grid[y*w+x+1] == TENT)
1558                     goto completion_check_done;
1559                 if (y+1 < h &&
1560                     ret->grid[y*w+x] == TENT && ret->grid[(y+1)*w+x] == TENT)
1561                     goto completion_check_done;
1562                 if (x+1 < w && y+1 < h) {
1563                     if (ret->grid[y*w+x] == TENT &&
1564                         ret->grid[(y+1)*w+(x+1)] == TENT)
1565                         goto completion_check_done;
1566                     if (ret->grid[(y+1)*w+x] == TENT &&
1567                         ret->grid[y*w+(x+1)] == TENT)
1568                         goto completion_check_done;
1569                 }
1570             }
1571
1572         /*
1573          * OK; we have the right number of tents, they match the
1574          * numeric clues, and they satisfy the non-adjacency
1575          * criterion. Finally, we need to verify that they can be
1576          * placed in a one-to-one matching with the trees such that
1577          * every tent is orthogonally adjacent to its tree.
1578          * 
1579          * This bit is where the hard work comes in: we have to do
1580          * it by finding such a matching using maxflow.
1581          * 
1582          * So we construct a network with one special source node,
1583          * one special sink node, one node per tent, and one node
1584          * per tree.
1585          */
1586         maxedges = 6 * m;
1587         edges = snewn(2 * maxedges, int);
1588         capacity = snewn(maxedges, int);
1589         flow = snewn(maxedges, int);
1590         nedges = 0;
1591         /*
1592          * Node numbering:
1593          * 
1594          * 0..w*h   trees/tents
1595          * w*h      source
1596          * w*h+1    sink
1597          */
1598         for (y = 0; y < h; y++)
1599             for (x = 0; x < w; x++)
1600                 if (ret->grid[y*w+x] == TREE) {
1601                     int d;
1602
1603                     /*
1604                      * Here we use the direction enum declared for
1605                      * the solver. We make use of the fact that the
1606                      * directions are declared in the order
1607                      * U,L,R,D, meaning that we go through the four
1608                      * neighbours of any square in numerically
1609                      * increasing order.
1610                      */
1611                     for (d = 1; d < MAXDIR; d++) {
1612                         int x2 = x + dx(d), y2 = y + dy(d);
1613                         if (x2 >= 0 && x2 < w && y2 >= 0 && y2 < h &&
1614                             ret->grid[y2*w+x2] == TENT) {
1615                             assert(nedges < maxedges);
1616                             edges[nedges*2] = y*w+x;
1617                             edges[nedges*2+1] = y2*w+x2;
1618                             capacity[nedges] = 1;
1619                             nedges++;
1620                         }
1621                     }
1622                 } else if (ret->grid[y*w+x] == TENT) {
1623                     assert(nedges < maxedges);
1624                     edges[nedges*2] = y*w+x;
1625                     edges[nedges*2+1] = w*h+1;   /* edge going to sink */
1626                     capacity[nedges] = 1;
1627                     nedges++;
1628                 }
1629         for (y = 0; y < h; y++)
1630             for (x = 0; x < w; x++)
1631                 if (ret->grid[y*w+x] == TREE) {
1632                     assert(nedges < maxedges);
1633                     edges[nedges*2] = w*h;   /* edge coming from source */
1634                     edges[nedges*2+1] = y*w+x;
1635                     capacity[nedges] = 1;
1636                     nedges++;
1637                 }
1638         n = maxflow(w*h+2, w*h, w*h+1, nedges, edges, capacity, flow, NULL);
1639
1640         sfree(flow);
1641         sfree(capacity);
1642         sfree(edges);
1643
1644         if (n != m)
1645             goto completion_check_done;
1646
1647         /*
1648          * We haven't managed to fault the grid on any count. Score!
1649          */
1650         ret->completed = TRUE;
1651     }
1652     completion_check_done:
1653
1654     return ret;
1655 }
1656
1657 /* ----------------------------------------------------------------------
1658  * Drawing routines.
1659  */
1660
1661 static void game_compute_size(game_params *params, int tilesize,
1662                               int *x, int *y)
1663 {
1664     /* fool the macros */
1665     struct dummy { int tilesize; } dummy = { tilesize }, *ds = &dummy;
1666
1667     *x = TLBORDER + BRBORDER + TILESIZE * params->w;
1668     *y = TLBORDER + BRBORDER + TILESIZE * params->h;
1669 }
1670
1671 static void game_set_size(drawing *dr, game_drawstate *ds,
1672                           game_params *params, int tilesize)
1673 {
1674     ds->tilesize = tilesize;
1675 }
1676
1677 static float *game_colours(frontend *fe, game_state *state, int *ncolours)
1678 {
1679     float *ret = snewn(3 * NCOLOURS, float);
1680
1681     frontend_default_colour(fe, &ret[COL_BACKGROUND * 3]);
1682
1683     ret[COL_GRID * 3 + 0] = 0.0F;
1684     ret[COL_GRID * 3 + 1] = 0.0F;
1685     ret[COL_GRID * 3 + 2] = 0.0F;
1686
1687     ret[COL_GRASS * 3 + 0] = 0.7F;
1688     ret[COL_GRASS * 3 + 1] = 1.0F;
1689     ret[COL_GRASS * 3 + 2] = 0.5F;
1690
1691     ret[COL_TREETRUNK * 3 + 0] = 0.6F;
1692     ret[COL_TREETRUNK * 3 + 1] = 0.4F;
1693     ret[COL_TREETRUNK * 3 + 2] = 0.0F;
1694
1695     ret[COL_TREELEAF * 3 + 0] = 0.0F;
1696     ret[COL_TREELEAF * 3 + 1] = 0.7F;
1697     ret[COL_TREELEAF * 3 + 2] = 0.0F;
1698
1699     ret[COL_TENT * 3 + 0] = 0.8F;
1700     ret[COL_TENT * 3 + 1] = 0.7F;
1701     ret[COL_TENT * 3 + 2] = 0.0F;
1702
1703     *ncolours = NCOLOURS;
1704     return ret;
1705 }
1706
1707 static game_drawstate *game_new_drawstate(drawing *dr, game_state *state)
1708 {
1709     int w = state->p.w, h = state->p.h;
1710     struct game_drawstate *ds = snew(struct game_drawstate);
1711
1712     ds->tilesize = 0;
1713     ds->started = FALSE;
1714     ds->p = state->p;                  /* structure copy */
1715     ds->drawn = snewn(w*h, char);
1716     memset(ds->drawn, MAGIC, w*h);
1717
1718     return ds;
1719 }
1720
1721 static void game_free_drawstate(drawing *dr, game_drawstate *ds)
1722 {
1723     sfree(ds->drawn);
1724     sfree(ds);
1725 }
1726
1727 static void draw_tile(drawing *dr, game_drawstate *ds,
1728                       int x, int y, int v, int printing)
1729 {
1730     int tx = COORD(x), ty = COORD(y);
1731     int cx = tx + TILESIZE/2, cy = ty + TILESIZE/2;
1732
1733     clip(dr, tx+1, ty+1, TILESIZE-1, TILESIZE-1);
1734
1735     if (!printing)
1736         draw_rect(dr, tx+1, ty+1, TILESIZE-1, TILESIZE-1,
1737                   (v == BLANK ? COL_BACKGROUND : COL_GRASS));
1738
1739     if (v == TREE) {
1740         int i;
1741
1742         (printing ? draw_rect_outline : draw_rect)
1743         (dr, cx-TILESIZE/15, ty+TILESIZE*3/10,
1744          2*(TILESIZE/15)+1, (TILESIZE*9/10 - TILESIZE*3/10),
1745          COL_TREETRUNK);
1746
1747         for (i = 0; i < (printing ? 2 : 1); i++) {
1748             int col = (i == 1 ? COL_BACKGROUND : COL_TREELEAF);
1749             int sub = i * (TILESIZE/32);
1750             draw_circle(dr, cx, ty+TILESIZE*4/10, TILESIZE/4 - sub,
1751                         col, col);
1752             draw_circle(dr, cx+TILESIZE/5, ty+TILESIZE/4, TILESIZE/8 - sub,
1753                         col, col);
1754             draw_circle(dr, cx-TILESIZE/5, ty+TILESIZE/4, TILESIZE/8 - sub,
1755                         col, col);
1756             draw_circle(dr, cx+TILESIZE/4, ty+TILESIZE*6/13, TILESIZE/8 - sub,
1757                         col, col);
1758             draw_circle(dr, cx-TILESIZE/4, ty+TILESIZE*6/13, TILESIZE/8 - sub,
1759                         col, col);
1760         }
1761     } else if (v == TENT) {
1762         int coords[6];
1763         coords[0] = cx - TILESIZE/3;
1764         coords[1] = cy + TILESIZE/3;
1765         coords[2] = cx + TILESIZE/3;
1766         coords[3] = cy + TILESIZE/3;
1767         coords[4] = cx;
1768         coords[5] = cy - TILESIZE/3;
1769         draw_polygon(dr, coords, 3, (printing ? -1 : COL_TENT), COL_TENT);
1770     }
1771
1772     unclip(dr);
1773     draw_update(dr, tx+1, ty+1, TILESIZE-1, TILESIZE-1);
1774 }
1775
1776 /*
1777  * Internal redraw function, used for printing as well as drawing.
1778  */
1779 static void int_redraw(drawing *dr, game_drawstate *ds, game_state *oldstate,
1780                        game_state *state, int dir, game_ui *ui,
1781                        float animtime, float flashtime, int printing)
1782 {
1783     int w = state->p.w, h = state->p.h;
1784     int x, y, flashing;
1785
1786     if (printing || !ds->started) {
1787         if (!printing) {
1788             int ww, wh;
1789             game_compute_size(&state->p, TILESIZE, &ww, &wh);
1790             draw_rect(dr, 0, 0, ww, wh, COL_BACKGROUND);
1791             draw_update(dr, 0, 0, ww, wh);
1792             ds->started = TRUE;
1793         }
1794
1795         if (printing)
1796             print_line_width(dr, TILESIZE/64);
1797
1798         /*
1799          * Draw the grid.
1800          */
1801         for (y = 0; y <= h; y++)
1802             draw_line(dr, COORD(0), COORD(y), COORD(w), COORD(y), COL_GRID);
1803         for (x = 0; x <= w; x++)
1804             draw_line(dr, COORD(x), COORD(0), COORD(x), COORD(h), COL_GRID);
1805
1806         /*
1807          * Draw the numbers.
1808          */
1809         for (y = 0; y < h; y++) {
1810             char buf[80];
1811             sprintf(buf, "%d", state->numbers->numbers[y+w]);
1812             draw_text(dr, COORD(w+1), COORD(y) + TILESIZE/2,
1813                       FONT_VARIABLE, TILESIZE/2, ALIGN_HRIGHT|ALIGN_VCENTRE,
1814                       COL_GRID, buf);
1815         }
1816         for (x = 0; x < w; x++) {
1817             char buf[80];
1818             sprintf(buf, "%d", state->numbers->numbers[x]);
1819             draw_text(dr, COORD(x) + TILESIZE/2, COORD(h+1),
1820                       FONT_VARIABLE, TILESIZE/2, ALIGN_HCENTRE|ALIGN_VNORMAL,
1821                       COL_GRID, buf);
1822         }
1823     }
1824
1825     if (flashtime > 0)
1826         flashing = (int)(flashtime * 3 / FLASH_TIME) != 1;
1827     else
1828         flashing = FALSE;
1829
1830     /*
1831      * Draw the grid.
1832      */
1833     for (y = 0; y < h; y++)
1834         for (x = 0; x < w; x++) {
1835             int v = state->grid[y*w+x];
1836
1837             if (flashing && (v == TREE || v == TENT))
1838                 v = NONTENT;
1839
1840             if (printing || ds->drawn[y*w+x] != v) {
1841                 draw_tile(dr, ds, x, y, v, printing);
1842                 if (!printing)
1843                     ds->drawn[y*w+x] = v;
1844             }
1845         }
1846 }
1847
1848 static void game_redraw(drawing *dr, game_drawstate *ds, game_state *oldstate,
1849                         game_state *state, int dir, game_ui *ui,
1850                         float animtime, float flashtime)
1851 {
1852     int_redraw(dr, ds, oldstate, state, dir, ui, animtime, flashtime, FALSE);
1853 }
1854
1855 static float game_anim_length(game_state *oldstate, game_state *newstate,
1856                               int dir, game_ui *ui)
1857 {
1858     return 0.0F;
1859 }
1860
1861 static float game_flash_length(game_state *oldstate, game_state *newstate,
1862                                int dir, game_ui *ui)
1863 {
1864     if (!oldstate->completed && newstate->completed &&
1865         !oldstate->used_solve && !newstate->used_solve)
1866         return FLASH_TIME;
1867
1868     return 0.0F;
1869 }
1870
1871 static int game_wants_statusbar(void)
1872 {
1873     return FALSE;
1874 }
1875
1876 static int game_timing_state(game_state *state, game_ui *ui)
1877 {
1878     return TRUE;
1879 }
1880
1881 static void game_print_size(game_params *params, float *x, float *y)
1882 {
1883     int pw, ph;
1884
1885     /*
1886      * I'll use 6mm squares by default.
1887      */
1888     game_compute_size(params, 600, &pw, &ph);
1889     *x = pw / 100.0;
1890     *y = ph / 100.0;
1891 }
1892
1893 static void game_print(drawing *dr, game_state *state, int tilesize)
1894 {
1895     int c;
1896
1897     /* Ick: fake up `ds->tilesize' for macro expansion purposes */
1898     game_drawstate ads, *ds = &ads;
1899     game_set_size(dr, ds, NULL, tilesize);
1900
1901     c = print_mono_colour(dr, 1); assert(c == COL_BACKGROUND);
1902     c = print_mono_colour(dr, 0); assert(c == COL_GRID);
1903     c = print_mono_colour(dr, 1); assert(c == COL_GRASS);
1904     c = print_mono_colour(dr, 0); assert(c == COL_TREETRUNK);
1905     c = print_mono_colour(dr, 0); assert(c == COL_TREELEAF);
1906     c = print_mono_colour(dr, 0); assert(c == COL_TENT);
1907
1908     int_redraw(dr, ds, NULL, state, +1, NULL, 0.0F, 0.0F, TRUE);
1909 }
1910
1911 #ifdef COMBINED
1912 #define thegame tents
1913 #endif
1914
1915 const struct game thegame = {
1916     "Tents", "games.tents",
1917     default_params,
1918     game_fetch_preset,
1919     decode_params,
1920     encode_params,
1921     free_params,
1922     dup_params,
1923     TRUE, game_configure, custom_params,
1924     validate_params,
1925     new_game_desc,
1926     validate_desc,
1927     new_game,
1928     dup_game,
1929     free_game,
1930     TRUE, solve_game,
1931     FALSE, game_text_format,
1932     new_ui,
1933     free_ui,
1934     encode_ui,
1935     decode_ui,
1936     game_changed_state,
1937     interpret_move,
1938     execute_move,
1939     PREFERRED_TILESIZE, game_compute_size, game_set_size,
1940     game_colours,
1941     game_new_drawstate,
1942     game_free_drawstate,
1943     game_redraw,
1944     game_anim_length,
1945     game_flash_length,
1946     TRUE, FALSE, game_print_size, game_print,
1947     game_wants_statusbar,
1948     FALSE, game_timing_state,
1949     0,                                 /* mouse_priorities */
1950 };
1951
1952 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1953
1954 #include <stdarg.h>
1955
1956 int main(int argc, char **argv)
1957 {
1958     game_params *p;
1959     game_state *s, *s2;
1960     char *id = NULL, *desc, *err;
1961     int grade = FALSE;
1962     int ret, diff, really_verbose = FALSE;
1963     struct solver_scratch *sc;
1964
1965     while (--argc > 0) {
1966         char *p = *++argv;
1967         if (!strcmp(p, "-v")) {
1968             really_verbose = TRUE;
1969         } else if (!strcmp(p, "-g")) {
1970             grade = TRUE;
1971         } else if (*p == '-') {
1972             fprintf(stderr, "%s: unrecognised option `%s'\n", argv[0], p);
1973             return 1;
1974         } else {
1975             id = p;
1976         }
1977     }
1978
1979     if (!id) {
1980         fprintf(stderr, "usage: %s [-g | -v] <game_id>\n", argv[0]);
1981         return 1;
1982     }
1983
1984     desc = strchr(id, ':');
1985     if (!desc) {
1986         fprintf(stderr, "%s: game id expects a colon in it\n", argv[0]);
1987         return 1;
1988     }
1989     *desc++ = '\0';
1990
1991     p = default_params();
1992     decode_params(p, id);
1993     err = validate_desc(p, desc);
1994     if (err) {
1995         fprintf(stderr, "%s: %s\n", argv[0], err);
1996         return 1;
1997     }
1998     s = new_game(NULL, p, desc);
1999     s2 = new_game(NULL, p, desc);
2000
2001     sc = new_scratch(p->w, p->h);
2002
2003     /*
2004      * When solving an Easy puzzle, we don't want to bother the
2005      * user with Hard-level deductions. For this reason, we grade
2006      * the puzzle internally before doing anything else.
2007      */
2008     ret = -1;                          /* placate optimiser */
2009     for (diff = 0; diff < DIFFCOUNT; diff++) {
2010         ret = tents_solve(p->w, p->h, s->grid, s->numbers->numbers,
2011                           s2->grid, sc, diff);
2012         if (ret < 2)
2013             break;
2014     }
2015
2016     if (diff == DIFFCOUNT) {
2017         if (grade)
2018             printf("Difficulty rating: too hard to solve internally\n");
2019         else
2020             printf("Unable to find a unique solution\n");
2021     } else {
2022         if (grade) {
2023             if (ret == 0)
2024                 printf("Difficulty rating: impossible (no solution exists)\n");
2025             else if (ret == 1)
2026                 printf("Difficulty rating: %s\n", tents_diffnames[diff]);
2027         } else {
2028             verbose = really_verbose;
2029             ret = tents_solve(p->w, p->h, s->grid, s->numbers->numbers,
2030                               s2->grid, sc, diff);
2031             if (ret == 0)
2032                 printf("Puzzle is inconsistent\n");
2033             else
2034                 fputs(game_text_format(s2), stdout);
2035         }
2036     }
2037
2038     return 0;
2039 }
2040
2041 #endif