백준(BOJ) Implement 톱니바퀴(14891) - GOLD5

https://www.acmicpc.net/problem/14891

14891번: 톱니바퀴

문제

총 8개의 톱니를 가지고 있는 톱니바퀴 4개가 아래 그림과 같이 일렬로 놓여져 있다. 또, 톱니는 N극 또는 S극 중 하나를 나타내고 있다. 톱니바퀴에는 번호가 매겨져 있는데, 가장 왼쪽 톱니바퀴가 1번, 그 오른쪽은 2번, 그 오른쪽은 3번, 가장 오른쪽 톱니바퀴는 4번이다.

이때, 톱니바퀴를 총 K번 회전시키려고 한다. 톱니바퀴의 회전은 한 칸을 기준으로 한다. 회전은 시계 방향과 반시계 방향이 있고, 아래 그림과 같이 회전한다.

톱니바퀴를 회전시키려면, 회전시킬 톱니바퀴와 회전시킬 방향을 결정해야 한다. 톱니바퀴가 회전할 때, 서로 맞닿은 극에 따라서 옆에 있는 톱니바퀴를 회전시킬 수도 있고, 회전시키지 않을 수도 있다. 톱니바퀴 A를 회전할 때, 그 옆에 있는 톱니바퀴 B와 서로 맞닿은 톱니의 극이 다르다면, B는 A가 회전한 방향과 반대방향으로 회전하게 된다. 예를 들어, 아래와 같은 경우를 살펴보자.

두 톱니바퀴의 맞닿은 부분은 초록색 점선으로 묶여있는 부분이다. 여기서, 3번 톱니바퀴를 반시계 방향으로 회전했다면, 4번 톱니바퀴는 시계 방향으로 회전하게 된다. 2번 톱니바퀴는 맞닿은 부분이 S극으로 서로 같기 때문에, 회전하지 않게 되고, 1번 톱니바퀴는 2번이 회전하지 않았기 때문에, 회전하지 않게 된다. 따라서, 아래 그림과 같은 모양을 만들게 된다.

위와 같은 상태에서 1번 톱니바퀴를 시계 방향으로 회전시키면, 2번 톱니바퀴가 반시계 방향으로 회전하게 되고, 2번이 회전하기 때문에, 3번도 동시에 시계 방향으로 회전하게 된다. 4번은 3번이 회전하지만, 맞닿은 극이 같기 때문에 회전하지 않는다. 따라서, 아래와 같은 상태가 된다.

톱니바퀴의 초기 상태와 톱니바퀴를 회전시킨 방법이 주어졌을 때, 최종 톱니바퀴의 상태를 구하는 프로그램을 작성하시오.

입력

첫째 줄에 1번 톱니바퀴의 상태, 둘째 줄에 2번 톱니바퀴의 상태, 셋째 줄에 3번 톱니바퀴의 상태, 넷째 줄에 4번 톱니바퀴의 상태가 주어진다. 상태는 8개의 정수로 이루어져 있고, 12시방향부터 시계방향 순서대로 주어진다. N극은 0, S극은 1로 나타나있다.

다섯째 줄에는 회전 횟수 K(1 ≤ K ≤ 100)가 주어진다. 다음 K개 줄에는 회전시킨 방법이 순서대로 주어진다. 각 방법은 두 개의 정수로 이루어져 있고, 첫 번째 정수는 회전시킨 톱니바퀴의 번호, 두 번째 정수는 방향이다. 방향이 1인 경우는 시계 방향이고, -1인 경우는 반시계 방향이다.

출력

총 K번 회전시킨 이후에 네 톱니바퀴의 점수의 합을 출력한다. 점수란 다음과 같이 계산한다.

• 1번 톱니바퀴의 12시방향이 N극이면 0점, S극이면 1점
• 2번 톱니바퀴의 12시방향이 N극이면 0점, S극이면 2점
• 3번 톱니바퀴의 12시방향이 N극이면 0점, S극이면 4점
• 4번 톱니바퀴의 12시방향이 N극이면 0점, S극이면 8점

문제 해결

구현문제는 항상 문제읽기부터가 쉽지 않다. 그래도 이번 문제같은 경우는 쉬운편이였다. 이번 문제는 4개의 톱니바퀴 중 1개를 시계 또는 반시계 방향으로 돌렸을 때 맞물려 있는 톱니바퀴를 그에 맞게 회전시켜주는 상당히 당연한 문제였다. 이제 이 당연한 사실에 맞게 코드를 구현해야 하는데 톱니바퀴의 상태가 0 또는 1이라는 점과 시계 또는 반시계 방향으로 전체적으로 움직여야 하는 것을 보고 비트마스킹을 이용해서 풀면 생각보다 쉽게 풀 수 있을것이라 생각했다. 내가 생각한 로직은 다음과 같다.

 

1. 4개의 톱니바퀴를 비트로 표현

2. 조건에 맞게 톱니바퀴 회전 -> 이 부분이 제일 중요하다

• - 좌우를 확인 <->

ll left = number + dx[0];
ll right = number + dx[1];

• 범위 내에 있으면서 방향이 반대인 경우 -> 회전이 가능하다. ABCD 톱니바퀴가 있다고 생각하고 여기서 B톱니바퀴를 돌릴 때 다음과 같은 방법으로 서로 맞물려있는지 확인이 가능하다.

if(is_possible(left) == true)

• 왼쪽의 경우 A[2] != B[6] 라면 서로 다르므로 반대 방향으로 회전해야 한다
• 오른쪽의 경우 B[2] != C[6] 라면 서로 다르므로 반대 방향으로 회전해야 한다.

bool checkclock(ll number, string str){
    if(str == "left"){
        if(wheels[number][2] != wheels[number+1][6])
            return true; 
        else
            return false;
    }

    else{
        if(wheels[number-1][2] != wheels[number][6])
            return true; 
        else
            return false;
    }

}

• 이제 위와같은 방법으로 확인을 하더라도 예를 들어 ABCD 톱니 바퀴 중 D를 돌렸을 때 CDA를 모두 돌려야 하는 경우가 있을 수 있다. 이를 확인 하기 위해 반복문을 이용하여 그 옆에 있는 몇 개의 톱니바퀴가 영향을 받는지 확인하고 그 갯수에 맞게 함께 움직여 주면 된다. 

if(is_possible(left) == true){
        for(ll i=left; i>=1; i--){
            if(checkclock(i, "left") == true){ // 서로 방향이 반대면 회전
                lcnt++;
            }
            else{
                break;
            }
        }
        for(ll i=0; i<lcnt; i++){
            move(left-i, flag);
            if(flag == true) flag = false;
            else flag = true;
        }
    } // left 케이스
    flag= clock;
    if(is_possible(right) == true){
        for(ll i=right; i<MAX_SZ; i++){
            if(checkclock(i, "right") == true){
                rcnt++;
            }
            else{
                break;
            }
        }
        for(ll i=0; i<rcnt; i++){
            move(right+i, flag);
            if(flag == true) flag = false;
            else flag = true;
        }
    }

이제 여기서부터 톱니바퀴를 움직이는건 비트연산자으로 아주 쉽게 해결이 가능하다. 이 때 쉬프트연산자를 이용해서 연산을 할 때 마지막 비트가 0으로 채워질 수 있으니 그 부분은 미리 백업해서 쓰면 된다.!

void move(ll number, bool flag){
    ll len = 7;
    if(flag == true){ // 시계방향으로
        if(wheels[number][len] == 1){ 
            wheels[number] = wheels[number] << 1;
            wheels[number][0] = 1;
        }
        else{
            wheels[number] = wheels[number] << 1;
            wheels[number][0] = 0;
        }
    }

    else{ // 반시계 방향으로
        if(wheels[number][0] == 1){
            wheels[number] = wheels[number] >> 1;
            wheels[number][len] = 1;
        }
        else{
            wheels[number] = wheels[number] >> 1;
            wheels[number][len] = 0;
        }

    }
}

3. 이제 마지막으로 총 점수를 계산하면 된다. 이 부분은 단순히 점수만 더해주면 되는거라 어렵지 않다.

ll get_score(){
    ll answer = 0;
    for(ll i=1; i<MAX_SZ; i++){
        if(wheels[i][0] == 1){
            if(i == 1) answer += i;
            if(i == 2) answer += i;
            if(i == 3) answer += 4;
            if(i == 4) answer += 8;
        }
    }
    return answer;
}

 

위와 같은 방식으로 톱니바퀴 번호와 회전방향이 주어졌을 때 톱니바퀴를 회전하는 코드를 완성할 수 있다.

 

전체 코드

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <bitset>

#define MAX_SZ 5
using namespace std;

typedef long long ll;

ll dx[2] = {-1, 1};

bitset<8>wheels[MAX_SZ];

void init(){
    string str;
    ll len = 7;
    for(ll i=1; i<MAX_SZ; i++){
        cin >> str;

        for(ll j=0; j<str.size(); j++){
            if(str[j] == '1')
                wheels[i][j] = 1;
            else
                wheels[i][j] = 0;
        }
    }
}

void print(){
    for(ll i=1; i<MAX_SZ; i++){
        cout << wheels[i] << "\n";
    }

}

bool is_possible(ll number){
    if(number < 1 || number >= MAX_SZ)
        return false;
    return true;
}

bool checkclock(ll number, string str){
    if(str == "left"){
        if(wheels[number][2] != wheels[number+1][6])
            return true; 
        else
            return false;
    }

    else{
        if(wheels[number-1][2] != wheels[number][6])
            return true; 
        else
            return false;
    }

} 


void move(ll number, bool flag){
    ll len = 7;
    if(flag == true){ // 시계방향으로
        if(wheels[number][len] == 1){ 
            wheels[number] = wheels[number] << 1;
            wheels[number][0] = 1;
        }
        else{
            wheels[number] = wheels[number] << 1;
            wheels[number][0] = 0;
        }
    }

    else{ // 반시계 방향으로
        if(wheels[number][0] == 1){
            wheels[number] = wheels[number] >> 1;
            wheels[number][len] = 1;
        }
        else{
            wheels[number] = wheels[number] >> 1;
            wheels[number][len] = 0;
        }

    }
}

void move_clockwise(ll number, bool clock){
    ll left = number + dx[0];
    ll right = number + dx[1];
    ll lcnt = 0; ll rcnt = 0;
    bool flag = clock; // 반시계
    if(is_possible(left) == true){
        for(ll i=left; i>=1; i--){
            if(checkclock(i, "left") == true){ // 서로 방향이 반대면 회전
                lcnt++;
            }
            else{
                break;
            }
        }
        for(ll i=0; i<lcnt; i++){
            move(left-i, flag);
            if(flag == true) flag = false;
            else flag = true;
        }
    } // left 케이스
    flag= clock;
    if(is_possible(right) == true){
        for(ll i=right; i<MAX_SZ; i++){
            if(checkclock(i, "right") == true){
                rcnt++;
            }
            else{
                break;
            }
        }
        for(ll i=0; i<rcnt; i++){
            move(right+i, flag);
            if(flag == true) flag = false;
            else flag = true;
        }
    } 
    if(clock == false)
        move(number, true);
    else
        move(number, false);
    
}

ll get_score(){
    ll answer = 0;
    for(ll i=1; i<MAX_SZ; i++){
        if(wheels[i][0] == 1){
            if(i == 1) answer += i;
            if(i == 2) answer += i;
            if(i == 3) answer += 4;
            if(i == 4) answer += 8;
        }
    }
    return answer;
}
int main(){
    ios::sync_with_stdio(false);
    cin.tie(NULL);
    cout.tie(NULL);
    // freopen("input.txt", "r" ,stdin);

    init();
    // ---- step1. 톱니바퀴 셋팅 ----

    // ---- step2. 주어진 조건에 맞게 톱니바퀴 회전
    ll k = 0; ll number =0; ll clock = 0;
    cin >> k;
    while(k--){
        cin >> number >> clock;
        if(clock == 1){ // 시계 방향
            move_clockwise(number, false);
        }
        else{ // 반시계 방향
            move_clockwise(number, true);
        }
    }

    // ---- step3. 총 점수 계산 ----

    ll answer = get_score();
    cout << answer << "\n";

    return 0;
}