ads1_2021/code/golang/pkg/algorithms/search/poison/poison.go

package poison

/* ---------------------------------------------------------------- *
 * IMPORTS
 * ---------------------------------------------------------------- */

import (
	"ads/internal/core/logging"
	"ads/internal/core/metrics"
	"ads/internal/core/utils"
)

/* ---------------------------------------------------------------- *
 * GLOBAL VARIABLES/CONSTANTS
 * ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ */

//

/* ---------------------------------------------------------------- *
 * ALGORITHM find poison
 * ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ */

/*
Inputs:  L = Liste von Getränken: durch boolesche Werte wird dargestellt, ob ein Getränk vergiftet ist.

Annahme: Genau ein Getränk sei vergiftet.

Outputs: Der Index des vergifteten Getränks, falls es eines gibt, ansonsten -1.

NOTE: Zeitkosten hier messen nur die Anzahl der Vorkoster.
*/
func FindPoison(L []int) int {
	logging.Debug("Bereite Vorkoster vor")
	n := len(L)
	testers := [][]int{}
	for i := 0; i < n; i++ {
		metrics.AddSpaceCost()
		logging.Debug("Füge Vorkoster hinzu, der nur Getränk %[1]v testet.", i)
		testers = append(testers, []int{i})
	}
	logging.Debug("Warte auf Effekte")
	effects := waitForEffects(L, testers)
	logging.Debug("Effekte auswerten, um vergiftete Getränke zu lokalisieren.")
	poisened := evaluateEffects(testers, effects)
	if len(poisened) > 0 {
		return poisened[0]
	}
	return -1
}

/* ---------------------------------------------------------------- *
 * ALGORITHM find poison fast
 * ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ */

/*
Inputs:  L = Liste von Getränken: durch boolesche Werte wird dargestellt, ob ein Getränk vergiftet ist.

Annahme: Genau ein Getränk sei vergiftet.

Outputs: Der Index des vergifteten Getränks, falls es eines gibt, ansonsten -1.

NOTE: Zeitkosten hier messen nur die Anzahl der Vorkoster.
*/
func FindPoisonFast(L []int) int {
	logging.Debug("Bereite Vorkoster vor")
	n := len(L)
	p := utils.LengthOfBinary(n)
	testers := [][]int{}
	// Für jedes Bit i=0 bis p-1 ...
	for i := 0; i < p; i++ {
		tester0 := []int{}
		tester1 := []int{}
		for k := 0; k < n; k++ {
			if utils.NthBit(k, i) == 0 {
				tester0 = append(tester0, k)
			} else {
				tester1 = append(tester1, k)
			}
		}
		/*
		 * NOTE: tester1 ist virtuell: aus den Effekten auf tester0 und den Annahmen
		 * lassen sich die Effekte auf tester0 erschließen.
		 * Darum zählen wir nicht 2 sondern 1 Vorkoster.
		 */
		metrics.AddSpaceCost(1)
		logging.Debug("Füge Vorkoster hinzu, der alle Getränke k testet mit %[1]v. Bit von k = 0.", i)
		testers = append(testers, tester0)
		testers = append(testers, tester1)
	}
	logging.Debug("Warte auf Effekte")
	effects := waitForEffects(L, testers)
	logging.Debug("Effekte auswerten, um vergiftete Getränke zu lokalisieren.")
	poisened := evaluateEffects(testers, effects)
	if len(poisened) > 0 {
		return poisened[0]
	}
	return -1
}

/* ---------------------------------------------------------------- *
 * AUXILIARY METHOD wait for effects, evaluate effects
 * ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ */

/*
Inputs:

- L = Liste von Getränken: durch boolesche Werte wird dargestellt, ob ein Getränk vergiftet ist.

- testers = Liste von Vorkostern. Jeder Vorkoster kostet eine 'Teilliste' der Getränke.

Outputs: effects = eine Liste, die jedem Vorkoster zuordnet, wie viele vergiftete Getränke er konsumiert hat.
*/
func waitForEffects(L []int, testers [][]int) []int {
	m := len(testers)
	effects := make([]int, m)
	for i, tester := range testers {
		effect := 0
		for _, k := range tester {
			effect += L[k]
		}
		effects[i] = effect
	}
	return effects
}

/*
Inputs:

- testers = Liste von Vorkostern. Jeder Vorkoster kostet eine 'Teilliste' der Getränke.

- effects = eine Liste, die jedem Vorkoster zuordnet, wie viele vergiftete Getränke er konsumiert hat.

Annahmen: Vorkoster wurden so angewiesen, dass es garantiert ist, vergiftete Getränke zu finden, wenn es die gibt.

Outputs: Liste der Indexes aller vergifteten Getränke.
*/
func evaluateEffects(testers [][]int, effects []int) []int {
	var states = map[int]bool{}
	var poisened = []int{}

	// Werte Effekte aus, um Gift zu lokalisieren:
	// Zuerst die Indexes der Getränke bei allen vergifteten Tester zusammenführen:
	for i, tester := range testers {
		// wenn Tester positiv testet, dann ist eines der von ihm probierten Getränks vergiftet
		if effects[i] > 0 {
			// markiere alle vom Tester probierten Getränke
			for _, k := range tester {
				states[k] = true
			}
		}
	}
	// jetzt eliminieren wir alle Getränke, die von nicht vergifteten Testern konsumiert wurden:
	for i, tester := range testers {
		// wenn Tester negativ testet, dann ist KEINES der von ihm probierten Getränks vergiftet
		if effects[i] == 0 {
			// schließe alle vom Tester probierten Getränke aus
			for _, k := range tester {
				states[k] = false
			}
		}
	}

	// was übrig bleibt sind die vergifteten Getränke, vorausgesetzt genug Vorkoster wurden ausgewählt
	for k, state := range states {
		if state {
			poisened = append(poisened, k)
		}
	}

	return poisened
}