2021: day15: part 2

aoc2021/input/day15.txt

@@ -0,0 +1,100 @@
+8656175343119439947311919179279377257689197682985752287249881788527977345924133329967132199899199876
+4281288396984115627338957853913949146812568775798196289991176529889498798259196976277683981565984526
+8169838335918963371547591999342191683995972519179929683978126291855319511168245582651697938949414963
+9911589184911198759466719191189995157885898771177913669999436998997781742478168921196176418888127932
+2332856729917591158935782911513226531793881992469468248251991718456991551657621249229316797949388969
+6488738222981127824819626661531168733698299313631126969162927725778914183239351484699921454131481322
+3456499223985116399353928681116846939429849384129296119943791119497551946593566977823982927391143399
+9297612841849646148511299569971197927971682598351883892842936977227795411959211782251399118676896328
+1685688918999598249622886442487951289969917848948815999749154287969297396481891239821819247914959943
+2855192597719945162116189119381795158862162959133647579913886639586438893695967226719685616432291318
+3893139873964939791913261811173979825213968972939996181992593113695976322782892995939891783998623789
+5964671772545917912328949994999514157618987654288269789931394913375316999489275494179994919117119365
+3216339828898396212733674969295762442389789119366989996931919596282992864471192938639162947919972647
+7879826444123912118829914949989194219763533694839431198212319893181151696157671388992581982743988967
+7876122492176935838133394839673532581399474449569117478121989273123412313151952891988698552384251637
+8786999269197821985731819155537259938991261919979365751539876866146174376911518943778479997131942722
+7239919942299391891898171771589178983916281118889294494829292752139999754571391999826947791975394972
+2727617215141959982544247383138498917281833932371546394891963994434638187617528821379728933335772342
+6712949984729176138535147942577311588399869767114795759883948915177671474313191789814718292236422124
+8689792116597916131779139899373471282726812338914773516383771158691551851991689929199689197212298649
+6228175894997691471313338136819712699979449476188196729899628851391971728199959981585798691881191415
+9491157288112631922166642933446197292729817888649185515198768537925149995158353829229269894798938589
+5199389142294542461535132814487861987422485947698739199748986652229272998164982399192268248929567161
+6881119581991538187539159493621999896486112182779617795198955921614753699796171837819179999654231813
+6996595113784151975521879415898217119639999975184518599369743127684295298268259495226623211591871888
+1779949977648145993713949919359399998812143513534984334127763318649997689919849157137418761137512977
+9223292971993981422528813498119387921238194638215641911218326517839287886478991147999899894724396962
+7451983891767995938972123465939918261682281929689989464297789895588752221375859586787938391672994381
+1579954176878141996516584483611183926131694919877929897576151469657864935819598781814826881644187861
+8934595321937914584995177237653199951582515953621782173159453287575529819242531191989113518599339361
+3214791137819868237121897913928328682928239268681975567994149694512799167598489194267554981611157817
+3161289322443822496458312797912957538349962328948955764669152944278622928929944477635195993465821714
+3769985892295265479971729196428585411214871889139731131516448815999122871374996159138497416978598848
+4926877381218811127939655759733739111889455359949289979523168797571871445191441719179859376969393872
+7159871151274214979637977982939997337182139971896511115912187982698278842961545125121242636339621282
+8423118867997391616931374681582965659184916625321536161483641999294114251928796446618889979683993218
+6824788915976897879897933391998341399228914119912289149511515799142181679965255395897688149876629889
+4794395837416911945432167619882718499181629123717219977896911277339851349162195299228963994667691947
+1465122112768881153591399679274839985297692314947884169719151181986711822112796246416415955915718319
+7114797833579933611249299912348294873921288555119486979959982462111791467394161781467316779796883775
+9767795467854144194712742294766968549329117618283754959873952489784997597669593796889571883816748771
+1759974879458746414925558868197241214751687661841649999221178613679929261984417289292556869111324941
+9557955429999672993612951916598187741611893112948813816999484953994151249931191942493691497559992158
+1469791219499218437828194894539893191199115998162227659757698173867329816328599398544492677817272998
+6696472832532492295279572315976884291727999732161858916985514872395367168971969865959582923387918951
+9722652752119479169481198119314728131429449798379179119171791999189878174319864498112912224658495939
+9581794449119116165418178711351481129242636919987948291451161695541253977174231393582734959682898495
+4757727865924728111221629983989222587789999361791192917315287219922119718827676188689966872358484669
+1982319969915242121935864989286462118395187369193933592791414764965279817872197863615512262358899223
+1811379712999278717898361849316989959114612857179582117839285399618929182259624916911439331479239488
+1377519658968884779897799292198595917148591218821239614925192183128211371959295299959221257811239131
+2627929612263297913663198357736594275199769318118546371628241929618769991214845296132728799271417791
+7576972138942696587693261199467749912936563131454674591315468112333812659454789393699615918167338715
+1778985995949591574849625759667137792111923771976687288498928179271746938986792658149697999719931492
+1497174992519427759719169714342998311421419197412331399469329847692794191181111339933357161599799597
+7158163932199423259572847121198873491117119999919996985599149129919588579223518511588378639685891315
+6219361855573892912131718991998196749251949481814844299182119621344738991784149679694476483378729929
+1398599388779918861183115593522489331874978727922373471991219247115944295163699192776967648639268659
+8246143812623927544154898631717811662213981175534335932638718171969421398421692892399791789186618487
+4457134139841167885881924949364884427839314973843366971997383189398399657998961185159781215111619878
+2889934549617841969369167119338852267887359654637229634658717722728239549585928482358431813296859898
+9968328746979669249145999585143117898196251944175462877716129989773292878848966999379983436559934934
+6493994193996595991299891992438695916166928199197254269991979292986895799985938128881229638182945947
+7266928918675112795879219714929968471352931229592623394713393869269941181318972192169271548316892574
+2174196776119149368951321419512925818641848291921584561885586189445194773817792112569311611884895234
+5617593683181229369984148191819568774125471789395181874847932736429929334265516997661987796259692831
+7882228973393795938729341656949619511272988446634311621871394678132831899299832311614174939261965429
+1131881592984545192978449637151892697525357924197922698921549791127287595929496515499876251183628176
+9922954913893559597663824459627321943979599969474976998899879429185892995511392872381956558981867119
+5166385448694129439797196837181355547743133114829285275149516986685925813416161972979872853196155916
+3292899922794159291851551956738911971988929383861879921354871787791695284999126375594873179426338749
+3971894752927483651131869717199971871964396958991799413921821198121691265888799954912311963139425236
+5778565318498395151591219315499879273943817921588123199611531989674238272218198865913747444419629892
+1148956123134785152496887782841669964225944272953163717879528194631986997718971481186872943816456591
+5982998155291779554662769986899318991622943125199743569463317913185991442772122148595119965486877247
+1592622221626611159996955945922614981222438358385913259412688295754161193293194979914999974739594393
+1735995389872189896282749844299933869588931688619645726996959149185997128397635694766944945458588326
+8969839951998899979864239155832982419271118982882915197745124695321464198748765361499779978719441246
+6625484228731161195646227911299498172947526327866775111148173468799729895761595437743769876911891521
+6742199381937628999297557371399872217983581247138899399239252389649491949578491998528132446741686888
+9212328164223895178547771855976415127193137191217188318191949238429129518281919843229126971963111111
+8589368771155989697277997492471969978917117589192916193887975787949771588121551699971132275182798898
+1321997349438946615383211392181979153964221243634922639112684529286794272849757186396714797832698913
+5499455959999492339698359789213323519479768626457859213487938838995348379392231623595879353861382977
+4612129999347379911982695394862437936254989311441326295994617191963497895691479282499959828989987571
+3953949985681978999897341375236798381973326952579319464522624134872231113676167279146985521828793431
+2547232255918288952326674861524529119719429148626615319818611241832868529862499874951986568635799957
+2181959929952711246913363617991144311613441799129546223661433628933579819732979148127949974997119951
+1369158892917379123998253242599392893199998853969933983592129813969821127281951849151627687114757833
+9629699176294886577773394197932998769278865351155516385519239971147785457838922269188195227329168368
+1788912961677399663173822433232514884848179868666798987368382881226468481869127998236137881926332779
+4811241997249159619241887142461943467819366815858371379792287198271563986876852729186927761281942192
+2121993996798639492562961751217922319969898368461919218459919713413366292171628639922554153774327219
+3489591127775295131639799492971117993637992434115331278511281997587996291111198123428588991837368589
+1283798883941983912985615991541417994114453747887836936186431822993881123911799962749981389292178586
+8392631553657936578372199916912973193995216848776811924799769959318889717919172521769363698292447429
+9587697134368994212916856845984875416273418561198913859115983139967143891991617853289936814265113512
+9111571922348271733199797953979536915998195916688317991255916216419817129423728913622269119972958686
+9959599568987335314713638999897919449512991684446347789183915679567141547281548619496728636288445972
+8391247911139217869276338998734496391173478717461631572924754792241695917352991662734191814376765142

aoc2021/input/day15_provided.txt

@@ -0,0 +1,10 @@
+1163751742
+1381373672
+2136511328
+3694931569
+7463417111
+1319128137
+1359912421
+3125421639
+1293138521
+2311944581

aoc2021/src/day15.rs

@@ -0,0 +1,218 @@
+use std::cmp::Reverse;
+use std::collections::BinaryHeap;
+use std::fmt::Write;
+
+use anyhow::{Context, Result};
+
+const INPUT: &str = include_str!("../input/day15.txt");
+
+pub fn run() -> Result<String> {
+    let mut res = String::with_capacity(128);
+
+    writeln!(res, "part 1: {}", part1(INPUT)?)?;
+    writeln!(res, "part 2: {}", part2(INPUT)?)?;
+
+    Ok(res)
+}
+
+fn part1(input: &str) -> Result<u64> {
+    let cavern: CavernMap = input.parse()?;
+
+    let lowest_risk = cavern.lowest_risk_path();
+
+    Ok(lowest_risk)
+}
+
+fn part2(input: &str) -> Result<u64> {
+    let cavern: CavernMap = input.parse()?;
+    let cavern = cavern.bigger();
+
+    let lowest_risk = cavern.lowest_risk_path();
+
+    Ok(lowest_risk)
+}
+
+#[derive(Debug)]
+struct CavernMap {
+    height: usize,
+    width: usize,
+    risk: Vec<u64>,
+}
+
+impl CavernMap {
+    // typical Dijkstra implementation, using a binary heap as a priority queue
+    fn lowest_risk_path(&self) -> u64 {
+        let mut visited = Vec::new();
+        visited.resize(self.height * self.width, false);
+        let mut total_risk = Vec::new();
+        total_risk.resize(self.height * self.width, u64::MAX);
+        total_risk[self.index(0, 0)] = 0;
+
+        let mut queue = BinaryHeap::new();
+        queue.push(Reverse((0, (0, 0))));
+
+        while !queue.is_empty() {
+            let Reverse((curr_risk, (x, y))) = queue.pop().unwrap();
+            debug_assert_eq!(curr_risk, total_risk[self.index(x, y)]);
+
+            if (x, y) == (self.width - 1, self.height - 1) {
+                // reached destination, we're done!
+                break;
+            }
+
+            if visited[self.index(x, y)] {
+                // duplicate entry in queue, discard
+                continue;
+            }
+            visited[self.index(x, y)] = true;
+
+            for (nx, ny) in self.neighbours(x, y) {
+                let neighbour_index = self.index(nx, ny);
+                let old_risk = total_risk[neighbour_index];
+                let new_risk = curr_risk + self.risk[neighbour_index];
+
+                if new_risk < old_risk {
+                    total_risk[neighbour_index] = new_risk;
+                    // we don't delete older queue entries for the same cell, if we find them later
+                    // on we can just skip them because they're marked as visited already
+                    queue.push(Reverse((new_risk, (nx, ny))));
+                }
+            }
+        }
+
+        *total_risk.last().unwrap()
+    }
+
+    fn neighbours(&self, x: usize, y: usize) -> impl Iterator<Item = (usize, usize)> + 'static {
+        let width = self.width;
+        let height = self.height;
+        Neighbour::ALL
+            .iter()
+            .copied()
+            .filter_map(move |neighbour| neighbour.apply(x, y, width, height))
+    }
+
+    fn index(&self, x: usize, y: usize) -> usize {
+        y * self.width + x
+    }
+
+    fn bigger(self) -> Self {
+        let width = self.width * 5;
+        let height = self.height * 5;
+        let mut risk = self.risk.clone();
+        risk.resize(width * height, 0);
+
+        for shift_y in 0..5 {
+            for shift_x in 0..5 {
+                for y in 0..self.height {
+                    for x in 0..self.width {
+                        let new_y = shift_y * self.height + y;
+                        let new_x = shift_x * self.width + x;
+                        let new_index = new_y * width + new_x;
+
+                        let old_risk = self.risk[self.index(x, y)];
+                        let mut new_risk = old_risk + shift_x as u64 + shift_y as u64;
+                        if new_risk > 9 {
+                            new_risk -= 9;
+                        }
+                        risk[new_index] = new_risk;
+                    }
+                }
+            }
+        }
+
+        Self {
+            height,
+            width,
+            risk,
+        }
+    }
+}
+
+impl std::str::FromStr for CavernMap {
+    type Err = anyhow::Error;
+
+    fn from_str(s: &str) -> Result<Self> {
+        let mut risk = Vec::new();
+
+        let mut height = 0;
+        let mut width = None;
+        for line in s.lines().map(str::trim) {
+            let line = line
+                .chars()
+                .map(|chr| {
+                    chr.to_digit(10)
+                        .map(|digit| digit as u64)
+                        .with_context(|| format!("cannot parse char {} to digit", chr))
+                })
+                .collect::<Result<Vec<_>>>()?;
+
+            if width.is_none() {
+                width = Some(line.len());
+            }
+
+            height += 1;
+            risk.extend_from_slice(&line);
+        }
+
+        Ok(CavernMap {
+            height,
+            width: width.context("0 lines parsed, width never computed")?,
+            risk,
+        })
+    }
+}
+
+#[derive(Clone, Copy)]
+enum Neighbour {
+    Up,
+    Down,
+    Left,
+    Right,
+}
+
+impl Neighbour {
+    fn apply(&self, x: usize, y: usize, width: usize, height: usize) -> Option<(usize, usize)> {
+        match self {
+            Neighbour::Left if x > 0 => Some((x - 1, y)),
+            Neighbour::Right if x < width - 1 => Some((x + 1, y)),
+            Neighbour::Up if y > 0 => Some((x, y - 1)),
+            Neighbour::Down if y < height - 1 => Some((x, y + 1)),
+            _ => None,
+        }
+    }
+
+    const ALL: &'static [Self] = &[
+        Neighbour::Left,
+        Neighbour::Right,
+        Neighbour::Up,
+        Neighbour::Down,
+    ];
+}
+
+#[cfg(test)]
+mod tests {
+    use super::*;
+
+    const PROVIDED: &str = include_str!("../input/day15_provided.txt");
+
+    #[test]
+    fn part1_provided() {
+        assert_eq!(part1(PROVIDED).unwrap(), 40);
+    }
+
+    #[test]
+    fn part1_real() {
+        assert_eq!(part1(INPUT).unwrap(), 562);
+    }
+
+    #[test]
+    fn part2_provided() {
+        assert_eq!(part2(PROVIDED).unwrap(), 315);
+    }
+
+    #[test]
+    fn part2_real() {
+        assert_eq!(part2(INPUT).unwrap(), 2874);
+    }
+}

aoc2021/src/lib.rs

@@ -14,3 +14,4 @@ pub mod day11;
 pub mod day12;
 pub mod day13;
 pub mod day14;
+pub mod day15;

aoc2021/src/main.rs

@@ -16,6 +16,7 @@ use aoc2021::day11;
 use aoc2021::day12;
 use aoc2021::day13;
 use aoc2021::day14;
+use aoc2021::day15;
 
 fn main() -> Result<()> {
     let days: &[DayFunc] = &[
@@ -33,6 +34,7 @@ fn main() -> Result<()> {
         day12::run,
         day13::run,
         day14::run,
+        day15::run,
     ];
 
     aoc::run(days)