Nクイーン問題(71)Python-codonで高速化 05Python_optimize

ソースコード

今回の連載 python/pypy/codonのソースコードディレクトリはこちら
https://github.com/suzukiiichiro/N-Queens/tree/master/10Bit_Python

インストールなどの構築はこちら

Nクイーン問題(66) Python-codonで高速化
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2025-03-05-01-n-queens-suzuki/

最適化について

今回の修正点は1箇所です。
def nqueens() 関数の中のlimです。

      lim:int=size if row!=0 else (size+1) //2

これはミラー処理で、盤面の半分だけを処理します。
結局版全体を処理するのと、半分だけを処理してsymmetryops()で対象解除を行い、その判定処理の結果を、関数の最後でカウントを二倍しているわけです。

  def symmetryops(self,size:int)->int:
    nequiv:int=0
    :
    :
    return nequiv*2

symmetryops()、それにまつわる回転周りの関数は、ビット処理に進むことで更に簡潔に、そして高速な関数に書き換わっていきます。

ソースコード

from datetime import datetime 
# pypyを使う場合はコメントを解除
# pypyで再帰が高速化できる
# import pypyjit
# pypyjit.set_param('max_unroll_recursion=-1')

class NQueens05:
  total:int
  unique:int
  aboard:list[int]
  fa:list[int]
  fb:list[int]
  fc:list[int]
  trial:list[int]
  scratch:list[int]
  def __init__(self):
    pass
  def init(self,size:int)->None:
    self.total=0
    self.unique=0
    self.aboard=[i for i in range(size)]
    self.fa=[0 for i in range(2*size-1)]
    self.fb=[0 for i in range(2*size-1)]
    self.fc=[0 for i in range(2*size-1)]
    self.trial=[0 for i in range(size)]
    self.scratch=[0 for i in range(size)]
  def rotate(self,chk:list[int],scr:list[int],_n:int,neg:int)->None:
    incr:int=0
    k:int=0
    if neg:
      k=0
    else:
      k=_n-1
    if neg:
      incr=1
    else:
      incr-=1
    for i in range(_n):
      scr[i]=chk[k]
      k+=incr
    k=_n-1 if neg else 0
    for i in range(_n):
      chk[scr[i]]=k
      k-=incr
  def vmirror(self,chk:list[int],neg:int)->None:
    for i in range(neg):
      chk[i]=(neg-1)-chk[i]
  def intncmp(self,_lt:list[int],_rt:list[int],neg)->int:
    rtn:int=0
    for i in range(neg):
      rtn=_lt[i]-_rt[i]
      if rtn!=0:
        break
    return rtn
  def symmetryops(self,size:int)->int:
    nequiv:int=0
    for i in range(size):
      self.trial[i]=self.aboard[i]
    # 90
    self.rotate(self.trial,self.scratch,size,0)
    k:int=self.intncmp(self.aboard,self.trial,size)
    if k>0:
      return 0
    if k==0:
      nequiv=1
    else:
      #180
      self.rotate(self.trial,self.scratch,size,0)
      k=self.intncmp(self.aboard,self.trial,size)
      if k>0:
        return 0
      if k==0:
        nequiv=2
      else:
        #270
        self.rotate(self.trial,self.scratch,size,0)
        k=self.intncmp(self.aboard,self.trial,size)
        if k>0: 
          return 0
        nequiv=4
    for i in range(size):
      self.trial[i]=self.aboard[i]
    # 垂直反転
    self.vmirror(self.trial,size)
    k=self.intncmp(self.aboard,self.trial,size)
    if k>0:
      return 0
    # 90
    if nequiv > 1:
      self.rotate(self.trial,self.scratch,size,1)
      k=self.intncmp(self.aboard,self.trial,size)
      if k>0:
        return 0
      # 180
      if nequiv>2:
        self.rotate(self.trial,self.scratch,size,1)
        k=self.intncmp(self.aboard,self.trial,size)
        if k>0:
          return 0
        #270
        self.rotate(self.trial,self.scratch,size,1)
        k=self.intncmp(self.aboard,self.trial,size)
        if k>0:
          return 0
    return nequiv*2
  def nqueens(self,row:int,size:int)->None:
    if row==size-1:
      if self.fb[row-self.aboard[row]+size-1] or self.fc[row+self.aboard[row]]:
        return
      stotal:int=self.symmetryops(size)
      if stotal!=0:
        self.unique+=1
        self.total+=stotal
    else:
      lim:int=size if row!=0 else (size+1) //2
      tmp:int
      for i in range(row,lim):
        tmp=self.aboard[i]
        self.aboard[i]=self.aboard[row]
        self.aboard[row]=tmp
        if self.fb[row-self.aboard[row]+size-1]==0 and self.fc[row+self.aboard[row]]==0:
          self.fb[row-self.aboard[row]+size-1]=self.fc[row+self.aboard[row]]=1
          self.nqueens(row+1,size)
          self.fb[row-self.aboard[row]+size-1]=self.fc[row+self.aboard[row]]=0
      tmp=self.aboard[row]
      for i in range(row+1,size):
        self.aboard[i-1]=self.aboard[i]
      self.aboard[size-1]=tmp
  def main(self)->None:
    min:int=4
    max:int=18
    print(" N:        Total       Unique         hh:mm:ss.ms")
    for size in range(min,max):
      self.init(size)
      start_time=datetime.now()
      self.nqueens(0,size)
      time_elapsed=datetime.now()-start_time
      text = str(time_elapsed)[:-3]
      print(f"{size:2d}:{self.total:13d}{self.unique:13d}{text:>20s}")
# 5.枝刈りと最適化
# $ python <filename>
# $ pypy <fileName>
# $ codon build -release <filename>
# 15:      2279184       285053         0:00:15.677
if __name__=='__main__':
  NQueens05().main();

実行結果

$ codon build -release 05Python_optimize.py && ./05Python_optimize
 N:        Total       Unique         hh:mm:ss.ms
 4:            2            1         0:00:00.000
 5:           10            2         0:00:00.000
 6:            4            1         0:00:00.000
 7:           40            6         0:00:00.000
 8:           92           12         0:00:00.000
 9:          352           46         0:00:00.000
10:          724           92         0:00:00.001
11:         2680          341         0:00:00.009
12:        14200         1787         0:00:00.040
13:        73712         9233         0:00:00.217
14:       365596        45752         0:00:01.196
15:      2279184       285053         0:00:08.156
16:     14772512      1846955         0:00:51.271
17:     95815104     11977939         0:06:34.021

前の章の結果と比べると半分以下の処理時間となっています。

17:     95815104     11977939         0:14:59.143

次の章では、ビット版のバックトラッキングのcodon化を具体的にご説明していきます。

ソースコード

今回の連載 python/pypy/codonのソースコードディレクトリはこちら
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Nクイーン問題 過去記事アーカイブ

【過去記事アーカイブ】Nクイーン問題 過去記事一覧
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【Github】エイト・クイーンのソース置き場 BashもJavaもPythonも!
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Nクイーン問題(71)Python-codonで高速化 05Python_optimize
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Nクイーン問題(70)Python-codonで高速化 04Python_symmetry
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Nクイーン問題(69)Python-codonで高速化 03Python_backTracking
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Nクイーン問題(68)Python-codonで高速化 02Python_postFlag
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Nクイーン問題(67)Python-codonで高速化 01Python_bluteForce
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Nクイーン問題(66)Python-codonで高速化
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Nクイーン問題(64)第七章 並列処理 キャリーチェーン NVIDIA CUDA編
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Nクイーン問題(63)第七章 並列処理 キャリーチェーン NVIDIA CUDA編
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Nクイーン問題(57)第八章 キャリーチェーン C言語編
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Nクイーン問題(56)第八章 ミラー C言語編
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Nクイーン問題(55)第八章 ビットマップ C言語編
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Nクイーン問題(54)第八章 ビットマップ C言語編
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Nクイーン問題(36)第六章 C言語移植 その16 pthreadの実装
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Nクイーン問題(35)第六章 C言語移植 その15 pthread実装直前版完成
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Nクイーン問題(33)第六章 C言語移植 その13
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Nクイーン問題(32)第六章 C言語移植 その12
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Nクイーン問題(31)第六章 C言語移植 その11
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Nクイーン問題(30)第六章 C言語移植 その10
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Nクイーン問題(29)第六章 C言語移植 その9
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Nクイーン問題(28)第六章 C言語移植 その8
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Nクイーン問題(27)第六章 C言語移植 その7
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Nクイーン問題(26)第六章 C言語移植 その6
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Nクイーン問題(25)第六章 C言語移植 その5
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Nクイーン問題(24)第六章 C言語移植 その4
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Nクイーン問題(23)第六章 C言語移植 その3
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Nクイーン問題(22)第六章 C言語移植 その2
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-05-30-02-n-queens-suzuki/
Nクイーン問題(21)第六章 C言語移植 その1
N-Queens問://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-05-30-01-n-queens-suzuki/
Nクイーン問題(20)第五章 並列処理
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-05-23-02-n-queens-suzuki/
Nクイーン問題(19)第五章 キャリーチェーン
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Nクイーン問題(18)第四章 エイト・クイーンノスタルジー
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-04-25-01-n-queens-suzuki/
Nクイーン問題(17)第四章 偉人のソースを読む「N24を発見 Jeff Somers」
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-04-21-01-n-queens-suzuki/
Nクイーン問題(16)第三章 対象解除法 ソース解説
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-04-18-01-n-queens-suzuki/
Nクイーン問題(15)第三章 対象解除法 ロジック解説
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-04-13-02-nqueens-suzuki/
Nクイーン問題(14)第三章 ミラー
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-04-13-01-nqueens-suzuki/
Nクイーン問題(13)第三章 ビットマップ
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-04-05-01-nqueens-suzuki/
Nクイーン問題(12)第二章 まとめ
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-03-17-02-n-queens-suzuki/
Nクイーン問題(11)第二章 配置フラグの再帰・非再帰
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-03-17-01-n-queens-suzuki/
Nクイーン問題(10)第二章 バックトラックの再帰・非再帰
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-03-16-01-n-queens-suzuki/
Nクイーン問題(9)第二章 ブルートフォースの再帰・非再帰
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-03-14-01-n-queens-suzuki/
Nクイーン問題(8)第一章 まとめ
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-03-09-01-n-queens-suzuki/
Nクイーン問題(7)第一章 ブルートフォース再び
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-03-08-01-n-queens-suzuki/
Nクイーン問題(6)第一章 配置フラグ
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-03-07-01-n-queens-suzuki/
Nクイーン問題(5)第一章 進捗表示テーブルの作成
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-03-06-01-n-queens-suzuki/
Nクイーン問題(4)第一章 バックトラック
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-02-21-01-n-queens-suzuki/
Nクイーン問題(3)第一章 バックトラック準備編
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-02-14-03-n-queens-suzuki/
Nクイーン問題(2)第一章 ブルートフォース
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-02-14-02-n-queens-suzuki/
Nクイーン問題(1)第一章 エイトクイーンについて
https://suzukiiichiro.github.io/posts/2023-02-14-01-n-queens-suzuki/

書籍の紹介

Nクイーン問題(72)Python-codonで高速化 06Python_bit_backTrack.py

Nクイーン問題(72)Python-codonで高速化 06Python_bit_backTrack.py

Nクイーン問題(70)Python-codonで高速化 04Python_symmetry

Nクイーン問題(70)Python-codonで高速化 04Python_symmetry