Cytoscape 可視化 動的計画法 atcoder

Cytoscapeの実験 - AtcoderのDPまとめコンテスト『L - Deque』の可視化

グラフ理論ライブラリCytoscapeの実験として、AtcoderのDPまとめコンテスト『L - Deque』を可視化してみました。
March 20, 2020, 3:28 a.m.

目次

このアニメーションについて

Cytoscape.jsの練習として、AtcoderのDPまとめコンテストの『L - Deque』の問題が解かれていく様子を可視化してみました。
区間DPというテクニックを使って解く問題です。

https://atcoder.jp/contests/dp/tasks/dp_l

入力例5の場合を可視化しました。

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DP(動的計画法)は、各局面を頂点、局面間の遷移を辺とみなすとDAG(有向非巡回グラフ)として捉えられます。
そのDAGのスタートとなる頂点を初期値として設定し、最後に到達する頂点に格納される値が答えになっています。
いわゆる「貰うDP」がどのように値を伝播させていくかがよく分かります。

可視化のソースコード

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import regeneratorRuntime from "regenerator-runtime"

import cytoscape from 'cytoscape'
import dagre from 'cytoscape-dagre'

cytoscape.use(dagre)

const colors = [
  "#1eb2a6",
  "#d4f8e8",
  "#ffa34d",
  "#f67575",
];

const N = 6
const A = [4, 2, 9, 7, 1, 5]
const INFTY = 10**17

let array2d = n => {
  let arr = []
  for (let i=0; i<n; i++) {
    arr.push(Array(n).fill(INFTY))
  }
  return arr
};

let nodes_and_edges = () => {
  let nodes = []
  let edges = []
  for (let l=0; l<=N; l++) {
    for (let r=l; r<=N; r++) {
      let id = `${l}-${r}`
      let label = `[${l}: ${r})`
      nodes.push({
        data: { id },
        style: { label },
      });
      console.log(id)
    }
  }

  for (let len=1; len<=N; len++) {
    for (let l=0; l<N; l++) {
      if (l+len > N) break;
      let r = l + len
      let sign = ((N-len)%2==0) ? 1 : -1;
      let id = `${l}-${r}`
      let fromId1 = `${l+1}-${r}`
      edges.push({
        data: { id: `${fromId1}-${id}`, source: fromId1, target: id, weight: 1 }
      });
      let fromId2 = `${l}-${r-1}`
      edges.push({
        data: { id: `${fromId2}-${id}`, source: fromId2, target: id, weight: 1 }
      });
    }
  }
  return { nodes, edges }
};

let highlight = el => {
  el.addClass("highlighted")
};

let setLabel = (el, label) => {
  el.style("label", label)
};


let minmax = (a, b, sign) => {
  if (sign > 0) return Math.max(a, b);
  else return Math.min(a, b);
}

let wait = async ms => {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(resolve, ms)
  })
};

let bfs = async (cy) => {
  for (let i=0; i<=N; i++) {
    let bfs = cy.elements().bfs(`#${i}-${i}`, function(){}, true);

    for (let j=0; j<bfs.path.length; j++) {
      let el = bfs.path[j]
      if (el.group() === "nodes") setLabel(el, "done")
      await wait(100)
    };
  };
};

let receive = async (cy) => {
  let ms = 200
  let dp = array2d(N+1)
  for (let i=0; i<=N; i++) {
    dp[i][i] = 0
    let id = `${i}-${i}`
    let el = cy.getElementById(id)
    setLabel(el, "0")
    highlight(el)
    await wait(ms)
  }

  for (let len=1; len<=N; len++) {
    for (let l=0; l<=N; l++) {
      if (l+len > N) break;
      let r = l + len
      let sign = ((N-len)%2==0) ? 1 : -1;
      dp[l][r] = minmax(
        dp[l+1][r] + sign * A[l],
        dp[l][r-1] + sign * A[r-1],
        sign
      );
      let id = `${l}-${r}`
      let el = cy.getElementById(id)
      setLabel(el, `${dp[l][r]}`)
      highlight(el)

      let fromId1 = `${l+1}-${r}`
      let fromId2 = `${l}-${r-1}`
      highlight(cy.getElementById(`${fromId1}-${id}`))
      highlight(cy.getElementById(`${fromId2}-${id}`))
      await wait(ms)
    }
  }
};


let start = async (cy) => {
  await receive(cy)
};


let style = cytoscape.stylesheet()
 .selector('node')
   .style({
     'content': '',
     'font-family': 'sans source pro,Roboto',
     'font-size': '40',
     'color': colors[3],
   })
 .selector('edge')
   .style({
     'curve-style': 'bezier',
     'target-arrow-shape': 'triangle',
     'width': 4,
     'line-color': colors[1],
     'target-arrow-color': colors[1],
   })
 .selector('.highlighted')
   .style({
     'background-color': colors[0],
     'line-color': colors[0],
     'target-arrow-color': colors[0],
     'transition-property': 'background-color, line-color, target-arrow-color',
     'transition-duration': '0.3s'
});


let layout = {
  name: 'dagre',
  fit: true,
  nodeDimensionsIncludeLabels: true,
}

let layoutGrid = {
  name: "grid",
  rows: N,
  cols: N,
  avoidOverlap: true,
  avoidOverlapPadding: 20,
  nodeDimensionsIncludeLabels: true,
};

let cy

let init = () => {
  let elements = nodes_and_edges()
  let container = document.getElementById('cy')
  cy = cytoscape({
    container,
    style,
    elements,
    layout,
    boxSelectionEnabled: false,
    autounselectify: true,
  });
};

let run = () => {
  start(cy);
};

let reset = () => {
  cy.destroy()
  init()
};