Advent 2023, day 16

elpollouk · Dec 16, 2023 · 2fdd7bd · 2fdd7bd
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+using FluentAssertions;
+using System;
+using System.Collections.Generic;
+using Utils;
+using Xunit;
+
+namespace Advent2023
+{
+    public class Day16
+    {
+        const int ActivationNone = 0;
+        const int ActivationHorizontal = 1;
+        const int ActivationVertical = 2;
+        const int ActivationBoth = ActivationHorizontal | ActivationVertical;
+
+        class Beam(int x, int y, int dX, int dY)
+        {
+            public XY pos = new(x, y);
+            public XY delta = new(dX, dY);
+
+            public void Update()
+            {
+                pos.Add(delta);
+            }
+
+            public Beam Split()
+            {
+                delta.RotateLeft();
+                return new(pos.x, pos.y, -delta.x, -delta.y);
+            }
+
+            public void RotateLeft() => delta.RotateLeft();
+
+            public void RotateRight() => delta.RotateRight();
+
+            public int ActivationPlane => delta.x == 0 ? ActivationVertical : ActivationHorizontal;
+        }
+
+        long Simulate(char[,] grid, Beam initialBeam)
+        {
+            Dictionary<(int x, int y), int> activations = [];
+            List<Beam> beams = [initialBeam];
+
+            while (beams.Count > 0)
+            {
+                List<Beam> surviving = [];
+                foreach (var beam in beams)
+                {
+                    if (!grid.IsInBounds(beam.pos))
+                    {
+                        // Beam has left the grid so it can be discarded
+                        continue;
+                    }
+
+                    var c = grid.GetAt(beam.pos);
+                    var state = activations.GetOrDefault(beam.pos.ToTuple(), ActivationNone);
+
+                    switch (c)
+                    {
+                        case '.':
+                            if ((state & beam.ActivationPlane) != 0)
+                            {
+                                // This cell has already been traversed so this beam can also be discarded
+                                continue;
+                            }
+                            break;
+
+                        case '-':
+                            if (beam.ActivationPlane == ActivationVertical)
+                            {
+                                var newBeam = beam.Split();
+                                newBeam.Update();
+                                surviving.Add(newBeam);
+                            }
+                            break;
+
+                        case '|':
+                            if (beam.ActivationPlane == ActivationHorizontal)
+                            {
+                                var newBeam = beam.Split();
+                                newBeam.Update();
+                                surviving.Add(newBeam);
+                            }
+                            break;
+
+                        case '\\':
+                            if (beam.ActivationPlane == ActivationHorizontal)
+                            {
+                                beam.RotateRight();
+                            }
+                            else
+                            {
+                                beam.RotateLeft();
+                            }
+                            break;
+
+                        case '/':
+                            if (beam.ActivationPlane == ActivationHorizontal)
+                            {
+                                beam.RotateLeft();
+                            }
+                            else
+                            {
+                                beam.RotateRight();
+                            }
+                            break;
+                    }
+
+                    activations[beam.pos.ToTuple()] = state | beam.ActivationPlane;
+                    beam.Update();
+                    surviving.Add(beam);
+                }
+                beams = surviving;
+            }
+
+            return activations.Count;
+        }
+
+        void DebugDump(char[,] grid, Dictionary<(int x, int y), int> activations)
+        {
+            foreach (var pos in activations.Keys)
+            {
+                grid[pos.x, pos.y] = '#';
+            }
+            grid.DebugDump(c => c);
+        }
+
+        [Theory]
+        [InlineData("Data/Day16_Test.txt", 46)]
+        [InlineData("Data/Day16.txt", 7482)]
+        public void Part1(string filename, long expectedAnswer)
+        {
+            var grid = FileIterator.LoadGrid(filename);
+            var energised = Simulate(grid, new(0, 0, 1, 0));
+            energised.Should().Be(expectedAnswer);
+        }
+
+        [Theory]
+        [InlineData("Data/Day16_Test.txt", 51)]
+        [InlineData("Data/Day16.txt", 7896)]
+        public void Part2(string filename, long expectedAnswer)
+        {
+            long maxEnergisation = 0;
+
+            var grid = FileIterator.LoadGrid(filename);
+
+            for (var x = 0; x < grid.GetLength(0); x++)
+            {
+                var energisation = Simulate(grid, new(x, 0, 0, 1));
+                maxEnergisation = Math.Max(maxEnergisation, energisation);
+                energisation = Simulate(grid, new(x, grid.GetLength(0) - 1, 0, -1));
+                maxEnergisation = Math.Max(maxEnergisation, energisation);
+            }
+
+            for (var y = 0; y < grid.GetLength(1); y++)
+            {
+                var energisation = Simulate(grid, new(0, y, 1, 0));
+                maxEnergisation = Math.Max(maxEnergisation, energisation);
+                energisation = Simulate(grid, new(grid.GetLength(1) - 1, y, -1, 0));
+                maxEnergisation = Math.Max(maxEnergisation, energisation);
+            }
+
+
+            maxEnergisation.Should().Be(expectedAnswer);
+        }
+    }
+}
diff --git a/Utils/ArrayExtensions.cs b/Utils/ArrayExtensions.cs
@@ -129,6 +129,11 @@ public static void Swap<T>(this T[] a, int i1, int i2)
             (a[i2], a[i1]) = (a[i1], a[i2]);
         }
 
+        public static T GetAt<T>(this T[,] array, XY pos)
+        {
+            return array[pos.x, pos.y];
+        }
+
         public static IEnumerable<T> GetNeighbours<T>(this T[,] grid, int x, int y)
         {
             foreach (var pos in grid.GetNeighbourPos(x, y))
@@ -200,6 +205,11 @@ public static bool IsInBounds<T>(this T[,] array, int x, int y)
                 && y < array.GetLength(1);
         }
 
+        public static bool IsInBounds<T>(this T[,] array, XY pos)
+        {
+            return IsInBounds(array, pos.x, pos.y);
+        }
+
         public static IEnumerable<T> Items<T>(this T[,] array)
         {
             foreach (var (x, y) in array.Rectangle())

diff --git a/Utils/XY.cs b/Utils/XY.cs
@@ -120,7 +120,7 @@ public override bool Equals(object obj)
 
         public override int GetHashCode()
         {
-            return base.GetHashCode();
+            return (x, y).GetHashCode();
         }
     }
 }