算法--解决熄灯问题

import numpy as np

# 初始化一个空列表，用于存储用户输入的每一行灯状态数据
line = []

# 通过循环让用户逐行输入灯的初始状态数据
for i in range(5):
    # 获取用户输入的第i行数据，并去除输入字符串两端可能存在的空白字符（如空格、换行等）
    line_input = input("请输入第" + str(i) + "行:").strip()
    # 将输入的字符串形式的数据转换为整数列表，例如 "101010" 会转换为 [1, 0, 1, 0, 1, 0]，然后添加到line列表中
    line.append(list(map(int, line_input)))

# 将存储了用户输入的5行灯状态数据的列表转换为二维的numpy数组，方便后续进行矩阵操作
puzzle = np.array(line)

# 创建一个形状为(1, 6)的全零二维数组，数据类型为整数，用于在行方向上添加到puzzle数组的开头，作为额外的边界行（可能是为了符合特定算法逻辑对边界的处理需求）
zero_row = np.zeros((1, 6), dtype=int)
# 使用np.vstack函数将zero_row数组和puzzle数组按垂直方向（行方向）堆叠在一起，也就是在puzzle数组的开头添加了一行全零数据
puzzle = np.vstack((zero_row, puzzle))

# 创建一个形状为(6, 1)的全零二维数组，数据类型为整数，用于在列方向上添加到puzzle数组的两侧，作为额外的边界列（同样可能是为了满足后续算法对边界情况的处理）
zero_col = np.zeros((6, 1), dtype=int)
# 使用np.hstack函数将两个zero_col数组和中间的puzzle数组按水平方向（列方向）堆叠在一起，即在puzzle数组的最左边和最右边各添加了一列全零数据
puzzle = np.hstack((zero_col, puzzle, zero_col))

# 创建一个形状为(6, 8)的全零二维数组，数据类型为整数，用于记录每个位置的“按下”操作情况，初始时所有位置都为未按下（值为0）
press = np.zeros((6, 8), dtype=int)


def guess():
    """
    guess函数用于根据当前的灯状态（puzzle数组）和按下操作情况（press数组），判断当前按下操作是否能使得所有灯熄灭（满足特定条件）。
    具体是按照一定的规则更新press数组中对应位置的值，并检查最后一行灯的状态是否符合预期（这里推测是熄灭状态）。
    """
    # 遍历除了添加的边界行之外的“有效”行（索引从1到5，实际对应原来输入的5行数据所在的行范围）
    for r in range(1, 5):
        # 遍历除了添加的边界列之外的“有效”列（索引从1到7，实际对应原来输入的6列数据所在的列范围）
        for c in range(1, 7):
            # 根据周围灯的状态以及当前位置的按下操作情况，按照特定规则（可能是点灯游戏里的规则，通过异或操作实现状态变化逻辑）计算下一行对应位置的按下操作值，这里取余2实现类似异或的效果，确保结果为0或1
            press[r + 1][c] = (puzzle[r][c] + press[r][c] +
                               press[r - 1][c] + press[r][c - 1] +
                               press[r][c + 1]) % 2
    # 检查最后一行（索引为5，对应添加边界后的实际最后一行）灯的状态是否符合预期（根据某种规则判断是否全部熄灭等情况）
    for c in range(1, 7):
        if (press[5][c - 1] + press[5][c] + press[5][c + 1] + press[4][c]) % 2!= puzzle[5][c]:
            return 0
    return 1


def enumeration():
    """
    enumeration函数使用穷举法来尝试找到一种按下操作组合（通过修改press数组的值），使得所有灯最终熄灭（满足guess函数里判断的条件）。
    它通过不断改变press数组中第一个“有效”位置（press[1][1]）的值，并按照一定规则逐步调整其他位置的值，反复调用guess函数进行判断，直到找到满足条件的组合为止。
    """
    # 只要guess函数返回0，说明当前按下操作组合不能使得所有灯熄灭，就继续循环尝试不同的按下操作组合
    while guess() == 0:
        # 先尝试改变press数组中第一个“有效”位置（press[1][1]）的值，将其加1（因为初始值为0，这里开始尝试不同的按下情况）
        press[1][1] += 1
        c = 1
        # 当press[1][c]的值大于1时（由于这里只有0和1两种状态表示是否按下，大于1不符合要求），进行如下处理
        while press[1][c] > 1:
            # 将当前位置的值重置为0，表示不按下
            press[1][c] = 0
            c += 1
            # 只有当列索引小于8（在有效列范围内）时，才对下一个位置的值加1，继续尝试下一种按下情况
            if c < 8:
                press[1][c] += 1


# 调用enumeration函数开始通过穷举法寻找满足条件的按下操作组合
enumeration()

# 输出灯的初始状态，这里通过切片操作去除了之前添加的边界行和边界列，只显示用户最初输入的5行6列的灯初始状态数据
print("灯的初始状态：\n", puzzle[1:6, 1:7])
# 输出最终找到的满足条件的按下操作组合情况，同样通过切片操作去除边界部分，显示对应“有效”区域内的按下操作情况
print("按下结果为：\n", press[1:6, 1:7])
输出结果：