#lang scheme
;(require mzlib/trace)

(define-struct nodo
  (;fields
   id 
   estado
   camino
   nivel
   terminal
   )
  #:transparent)
;;forma mensaje de acceso: (nodo-id ejemplar)
;;cada field ha de ser calificado de #:mutable. forma mensaje de set!: (set-nodo-id ejemplar new)

;;un árbol es una hash-table. Cada elemento del árbol tiene una key:= número de orden (arriba->abajo, izqda->dcha) y un nodo
;;construir el árbol es construir la hash-table.
;;funciones: hash-count; hash-ref; hash-set! en la forma (hash-set! arbol (add1 (hash-count arbol)) nodo)

(define arbol-bidones (make-hash))
(hash-set! arbol-bidones 
           0 (make-nodo 0 (cons 0 0) (list (cons 0 0)) 0 #f))

;; Para escribir en pantalla
(define pnodo
  (lambda (mensa nodo)
    (printf "~a nodo ~a ~a ~a ~a ~a~n"
            mensa
            (nodo-id nodo) 
            (nodo-estado nodo) 
            (nodo-camino nodo) 
            (nodo-nivel nodo) 
            (nodo-terminal nodo)) ))
(define parbol
  (lambda (arbol)
    (let go ((j (hash-count arbol))
             (i 0)
             (nodo #f))
      (if (= i j)
          (newline)
          (begin
            (set! nodo (hash-ref arbol i))
            (pnodo "" nodo)
            (go j (add1 i) #f))) )))

(define psoluciones
  (lambda (lst)
    (if (null? lst)
        (void)
        (begin
          (pnodo "" (car lst))
          (psoluciones (cdr lst))))))
;;
;;Operaciones posibles
(define llenar-G
  (lambda (G P)
    (cons 5 P) ))
(define llenar-P
  (lambda (G P)
    (cons G 3) ))
(define vaciar-G
  (lambda (G P)
    (cons 0 P) ))
(define vaciar-P
  (lambda (G P)
    (cons G 0) ))
(define P->G;rellenar G con P
  (lambda (g p)
    (cond
      ((<= (+ g p) 5) 
       (cons (+ g p) 0))
      ((> (+ g p) 5) 
       (cons 5 (- (+ g p) 5)))
      )
    ))
(define G->P;rellenar P con G
  (lambda (g p)
    (cond
      ((<= (+ g p) 3) 
       (cons 0 (+ g p)))
      ((> (+ g p) 3) 
       (cons (- (+ g p) 3) 3))
      )
    ))
;;funciones predicativas
(define-syntax solucion?
  (syntax-rules ()
    ((solucion? estado)
     (= (car estado) 4) )))
(define-syntax es-posible-llenar?
  (syntax-rules ()
    ((es-posible-llenar? bidon tamaño)
     (< bidon tamaño)) ))
(define-syntax es-posible-vaciar?
  (syntax-rules ()
    ((es-posible-vaciar? bidon)
     (not (zero? bidon))) ))
(define-syntax es-posible-rellenar?
  (syntax-rules ()
    ((es-posible-rellenar? bidon1 tamaño bidon2)
     (and (< bidon1 tamaño) (> bidon2 0))) ))
(define-syntax terminal?
  (syntax-rules ()
    ((terminal? nudo)
     (nodo-terminal nudo)) ))
(define-syntax all-terminal?
  (syntax-rules ()
    ((all-terminal? lst)
     (andmap
      (lambda (x)
        (terminal? x))
      lst)) ))
     
;;
(define aplica-operaciones
  (lambda (nudo)
    (let ((G (car nudo))
          (P (cdr nudo))
          (resultado '())
          )
      (when (es-posible-llenar? G 5)
        (set! resultado 
              (append resultado 
                      (list (llenar-G G P)))))
      (when (es-posible-llenar? P 3)
        (set! resultado 
              (append resultado 
                      (list (llenar-P G P)))))
      (when (es-posible-vaciar? G)
        (set! resultado 
              (append resultado 
                      (list (vaciar-G G P)))))
      (when (es-posible-vaciar? P)
        (set! resultado 
              (append resultado 
                      (list (vaciar-P G P)))))
      (when (es-posible-rellenar? G 5 P) 
        (set! resultado 
              (append resultado 
                      (list (P->G G P)))))
      (when (es-posible-rellenar? P 3 G)
        (set! resultado 
              (append resultado 
                      (list (G->P G P)))))
      resultado )))
;;
(define expande-nodo
  (lambda (nudo)
    (let* ((id (hash-count arbol-bidones))
           (estado (nodo-estado nudo))
           (camino (nodo-camino nudo))
           (nivel (nodo-nivel nudo))
           (terminal (nodo-terminal nudo))
           )
;      (pnodo "expande-nodo" nudo)
      (if terminal
          (void)
          (let ((expansion (aplica-operaciones estado)))
;            (printf "~a~n" expansion)
            (crea-expansion+restricciones expansion id camino nivel)
                ) )) ))

(define crea-expansion+restricciones
  (lambda (expansion id camino nivel)
    (for-each
     (lambda (nudo)
       (let ((id-n id);(add1 id))
             (estado nudo)
             (path (cons nudo camino))
             (level (add1 nivel))
             )
         (cond
           ((member nudo camino) 
;            (printf "nº nodo: ~a; nudo: ~a; terminal: redundante~n" id nudo)
            (hash-set! arbol-bidones 
                       id-n 
                       (make-nodo id-n estado path level #t)) 
            (set! id (add1 id)))
           ((solucion? nudo) 
;            (printf "nº nodo: ~a; nudo: ~a; terminal: solución~n" id nudo)
            (hash-set! arbol-bidones 
                       id-n 
                       (make-nodo id-n estado path level #t)) 
            (set! id (add1 id)))
           (else
;            (printf "nº nodo: ~a; nudo: ~a; terminal: no~n" id nudo)
            (hash-set! arbol-bidones 
                       id-n 
                       (make-nodo id-n estado path level #f)) 
            (set! id (add1 id))) )
         ))
     expansion)
    ))

;;Expansión de un nivel
(define expande-nivel-num
  (lambda (arbol)
    (let* ((last (sub1 (hash-count arbol)))
           (nudo (hash-ref arbol last))
           )
      (nodo-nivel nudo))))

(define expande-nivel-lst-nodos
  (lambda (arbol)
    (let ((nivel (expande-nivel-num arbol)) )
      (let go ((last (sub1 (hash-count arbol)))
               (lst-nudos '())
               )
        (if (and 
             (>= last 0) 
             (= (nodo-nivel (hash-ref arbol last)) nivel))
            (go (sub1 last)
                (cons (hash-ref arbol last) lst-nudos))
            lst-nudos
            ) )) ))

(define expande-nivel
  (lambda (lst-nodos)
    (for-each
     (lambda (nudo)
       (unless (nodo-terminal nudo)
         (expande-nodo nudo)))
     lst-nodos)))
;;Construcción del árbol
(define construye-arbol
  (lambda (arbol)
    (let go ((lst-nudos (expande-nivel-lst-nodos arbol)) )
      (if (all-terminal? lst-nudos)
          (printf "Hecho. Nº nudos: ~a~n" (hash-count arbol))
          (begin
            (expande-nivel lst-nudos)
            (go
             (expande-nivel-lst-nodos arbol))) )) ))
;;Soluciones y solución óptima
(define soluciones
  (lambda (arbol)
    (let go ((i 0)
             (j (hash-count arbol))
             (lst '())
             )
      (if (= i j)
          (reverse lst)
          (if (solucion? (nodo-estado (hash-ref arbol i)))
              (go (add1 i) j (cons (hash-ref arbol i) lst))
              (go (add1 i) j lst))) ) ))
(define solucion-optima
  (lambda (soluciones)
    (letrec 
        ((optima (first soluciones))
         (resto (rest soluciones))
         (aux
          (lambda (opt restantes respuesta)
            (let ((num-path-opt (length (nodo-camino opt)))
                  (num-path-cadr 
                   (if (null? restantes)
                       (void)
                       (length 
                        (nodo-camino (first restantes)))))
                  )
              (cond
                ((null? restantes) respuesta)
                ((= num-path-cadr num-path-opt)
                 (aux 
                  opt 
                  (cdr restantes) 
                  (cons (first restantes) respuesta)))
                ((< num-path-cadr num-path-opt)
                 (aux 
                  (first restantes) 
                  (cdr restantes) 
                  (list (first restantes))))
                (else
                 (aux opt (cdr restantes) respuesta))
                )
              ) ))
         )
      (aux optima resto (list optima))
      ) ))
;;;;;;;;;;;;;
(construye-arbol arbol-bidones)
;(parbol arbol-bidones)




(printf "~nSOLUCIONES:~n")
(psoluciones (soluciones arbol-bidones))
(printf "~nSOLUCIÓN ÓPTIMA:~n")
(solucion-optima (soluciones arbol-bidones))