구현(implementation)
코딩 테스트에서 구현이란 '머릿속에 있는 알고리즘을 소스코드로 바꾸는 과정'이다. 코딩 테스트에서는 알고리즘은 아니지만 이 구현이 중심이 되는 문제가 자주 출제된다.
구현 문제는 흔히 '풀이를 떠올리는 것은 쉽지만 소스코드로 옮기기 어려운 문제'를 의미한다. 이런 구현하기 어려운 문제의 예시로는 아래와 같다.
- 알고리즘은 간단한데 코드가 지나칠 만큼 길어지는 문제
- 특정 소수점 자리까지 출력해야하는 문제
- 문자열이 입력으로 주어졌을 때 한 문자 단위로 끊어서 리스트에 넣어야 하는(파싱을 해야하는) 문제
해당 책에서는 '완전 탐색', '시뮬레이션' 유형을 모두 이 '구현' 유형으로 묶어서 생각한다. 둘 다 구현의 핵심이 되는 경우가 많다.
완전 탐색(Brute Force) - 모든 경우의 수를 주저 없이 다 계산하는 해결 방법이다.
시뮬레이션(Simulation) - 문제에서 제시한 알고리즘을 한 단계씩 차례대로 직접 수행해야 하는 문제 유형이다.
코딩 테스트의 시뮬레이션 유형, 구현 유형, 완전 탐색 유형은 서로 유사한 점이 많다고 알아두자.
구현 시 고려해야 할 메모리 제약 사항
C/C++에서 변수의 표현 범위
크기가 4 바이트인 int는 -2,147,483,648 ~ 2,147,438,647의 범위를 가지고, 크기가 8 바이트인 long long의 범위는 9,223,372,036,854,775,807이다. 이보다 큰 수를 담을 변수를 만들려면 흔히 BigInteger클래스를 구현해야 한다. java는 이를 표준 라이브러리로 지원하지만 C++의 경우에는 표준 라이브러리에 지원하지 않는다.
반면 파이썬에서는 직접 자료형을 지정할 필요가 없으며 매우 큰 수의 연산 또한 기본으로 지원한다.
파이썬에서 리스트 크기
파이썬에서는 리스트 크기 제약에 대해 알아야 한다. 대체로 코딩 테스트에서는 128 ~ 512MB로 메모리를 제한하는데 알고리즘 문제 중 때로는 수백만 개 이상의 데이터를 처리해야 하는 문제가 출제되곤 한다. 이 경우 메모리 제한을 생각하고 코딩을 진행해야 한다.
파이썬 사용시 데이터 처리량이 많을 때는 메모리 제한을 고려하도록 하자. 리스트를 여러개 선언하고, 그중에 크기가 1000만 이상인 리스트가 있다면 메모리 제한을 고려하자는 것이다.
Pypy3는 파이썬3의 문법을 지원하며, 대부분 파이썬3보다 실행 속도가 더 빠르다.(반복문이 많아질수록 속도차이가 많이 난다고 한다.)
예제 1. 상하좌우
Q.
- N * N 행렬 좌표
- 가장 좌측 상단 좌표는 1,1 가장 우측 하단 좌표는 N,N 로 표기한다.
- N 길이의 입력에는 L(left), R(right), U(up), D(down) 이 들어있다.
- 좌표를 초과하는 이동은 무시한다.
- 예를 들어 1,1에서 L,U를 입력 받으면 이동하지 않는다.
- 최종 도착한 좌표를 공백 기준으로 분리하여 출력하라.
# N 입력받기
n = int(input())
x, y = 1, 1
plans = input().split()
# L, R, U, D에 따른 이동 방향
dx = [0, 0, -1, 1]
dy = [-1, 1, 0, 0]
move_types = ['L', 'R', 'U', 'D']
# 이동 계획을 하나씩 확인
for plan in plans:
# 이동 후 좌표 구하기
for i in range(len(move_types)):
if plan == move_types[i]:
nx = x + dx[i]
ny = y + dy[i]
# 공간을 벗어나는 경우 무시
if nx < 1 or ny < 1 or nx > n or ny > n:
continue
# 이동 수행
x, y = nx, ny
print(x, y)A. 이 문제는 요구사항대로 구현하면 연산 횟수는 이동 횟수에 비례하므로 시간 복잡도는 O(N)이다. 매우 넉넉한 편이다. 일련의 명령에 따라서 개체를 이동시킨다는 점에서 시뮬레이션 유형으로 분류되며 구현이 중요한 대표적인 문제 유형이다.
예제 2. 시각
Q. 정수 N이 입력되면 00시 00분 00초부터 N시 59분 59초까지의 모든 시각 중에서 3이 하나라도 포함되는 모든 경우의 수를 구하는 프로그램을 작성하시오. 예를 들어 1을 입력했을 때 다음은 3이 하나라도 포함되어 있으므로 세어야 하는 시각이다.
h = int(input())
count = 0
for i in range(h + 1):
for j in range(60):
for k in range(60):
# 매 시각 안에 '3'이 포함되어 있다면 카운트 증가
if '3' in str(i) + str(j) + str(k):
count += 1
print(count)A. 하루는 86,400초로 모든 경우의 수가 100,000개를 넘기지 않으므로 문자열 연산을 통해 3이 시각에 포함되어 있는지 확인해도 시간 제한 2초 안에 문제를 해결할 수 있다. 이는 가능한 경우의 수를 모두 탐색해보는 완전 탐색 유형으로 분류된다.
실전문제 1. 왕실의 나이트
<문제>
행복 왕국의 왕실 정원은 체스판과 같은 8 × 8 좌표 평면이다. 왕실 정원의 특정한 한 칸에 나이트가 서있다. 나이트는 매우 충성스러운 신하로서 매일 무술을 연마한다.
나이트는 말을 타고 있기 때문에 이동을 할 때는 L자 형태로만 이동할 수 있으며 정원 밖으로는 나갈 수 없다. 나이트는 특정 위치에서 다음과 같은 2가지 경우로 이동할 수 있다.
1. 수평으로 두 칸 이동한 뒤에 수직으로 한 칸 이동하기
2. 수직으로 두 칸 이동한 뒤에 수평으로 한 칸 이동하기
이처럼 8 × 8 좌표 평면상에서 나이트의 위치가 주어졌을 때 나이트가 이동할 수 있는 경우의 수를 출력하는 프로그램을 작성하라. 왕실의 정원에서 행 위치를 표현할 때는 1부터 8로 표현하며, 열 위치를 표현할 때는 a 부터 h로 표현한다.
예를 들어,
c2에 있을 때 이동할 수 있는 경우의 수는 6가지이다.
a1에 있을 때 이동할 수 있는 경우의 수는 2가지이다.
<입력 조건>
첫째 줄에 8x8 좌표 평면상에서 현재 나이트가 위치한 곳의 좌표를 나타내는 두 문자로 구성된 문자열이 입력된다. 입력 문자는 a1 처럼 열과 행으로 이뤄진다.
<출력 조건>
첫째 줄에 나이트가 이동할 수 있는 경우의 수를 출력하시오.
<입력 예시>
a1
<출력 예시>
2
사고 과정
1. 열행의 형태로 입력이 들어오니까 그 입력을 나눠서 받아야한다.
2. 해당 좌표 기준으로 최대 8가지 경우의 수만 계산하면 되니까 완전 탐색(Brute Force) 문제지 않을까?
내 풀이
pos = input()
x = ord(pos[0]) - 96 # 아스키 타입 변환
y = int(pos[1])
cnt = 0
dx = [-2, -2, -1, 1, 2, 2, 1, -1]
dy = [1, -1, -2, -2, -1, 1, 2, 2]
for i in range(8):
if x + dx[i] < 1 or x + dx[i] > 8 or y + dy[i] < 1 or y + dy[i] > 8:
continue
else:
cnt += 1
print(cnt)해설 풀이
# 현재 나이트의 위치 입력받기
input_data = input()
row = int(input_data[1])
column = int(ord(input_data[0])) - int(ord('a')) + 1
# 나이트가 이동할 수 있는 8가지 방향 정의
steps = [(-2, -1), (-1, -2), (1, -2), (2, -1), (2, 1), (1, 2), (-1, 2), (-2, 1)]
# 8가지 방향에 대하여 각 위치로 이동이 가능한지 확인
result = 0
for step in steps:
# 이동하고자 하는 위치 확인
next_row = row + step[0]
next_column = column + step[1]
# 해당 위치로 이동이 가능하다면 카운트 증가
if next_row >= 1 and next_row <= 8 and next_column >= 1 and next_column <= 8:
result += 1
print(result)자체 피드백
앞선 상하좌우 예제와 비슷한 타입이라고는 생각해서 그 부분을 생각하면서 푼 것은 좋았다. 하지만 명령에 따라서 개체를 차례대로 이동시킨다는 점에서 완전 탐색이 아닌 시뮬레이션 유형으로 분류됨을 잘 생각하도록 하자.
실전문제 2. 게임 개발
<문제>
현민이는 게임 캐릭터가 맵 안에서 움직이는 시스템을 개발 중이다. 캐릭터가 있는 장소는 1x1 크기의 정사각형으로 이뤄진 N x M 크기의 직사각형으로, 각각의 칸은 육지 또는 바다이다. 캐릭터는 동서남북 중 한 곳을 바라본다.
맵의 각 칸은 (A, B)로 나타낼 수 있고, A는 북쪽으로부터 떨어진 칸의 개수, B는 서쪽으로부터 떨어진 칸의 개수이다. 캐릭터는 상하좌우로 움직일 수 있고, 바다로 되어 있는 공간에는 갈 수 없다. 캐릭터의 움직임을 설정하기 위해 정해놓은 매뉴얼은 이러하다.
- 현재 위치에서 현재 방향을 기준으로 왼쪽 방향(반시계 방향으로 90도 회전한 방향)부터 차례대로 갈 곳을 정한다.
- 캐릭터의 바로 왼쪽 방향에 아직 가보지 않은 칸이 존재한다면, 왼쪽 방향으로 회전한 다음 왼쪽으로 한 칸을 전진한다. 왼쪽 방향에 가보지 않은 칸이 없다면, 왼쪽 방향으로 회전만 수행하고 1단계로 돌아간다.
- 만약 네 방향 모두 이미 가본 칸이거나 바다로 되어 있는 칸인 경우에는, 바라보는 방향을 유지한 채로 한 칸 뒤로 가고 1단계로 돌아간다. 단, 이때 뒤쪽 방향이 바다인 칸이라 뒤로 갈 수 없는 경우에는 움직임을 멈춘다.
현민이는 위 과정을 반복적으로 수행하면서 캐릭터의 움직임에 이상이 있는지 테스트하려고 한다. 메뉴얼에 따라 캐릭터를 이동시킨 뒤에, 캐릭터가 방문한 칸의 수를 출력하는 프로그램을 만드시오.
<입력 조건>
- 첫째 줄에 맵의 세로 크기 N과 가로크기 M을 공백으로 구분하여 입력한다. (3 ≤ N, M ≤ 50)
- 둘째 줄에 게임 캐릭터가 있는 칸의 좌표(A, B)와 바라보는 방향 d가 각각 서로 공백으로 구분하여 주어진다. 방향 d의 값으로는 다음과 같이 4가지가 존재한다.
- 0: 북쪽
- 1: 동쪽
- 2: 남쪽
- 3: 서쪽
- 셋째 줄부터 맵이 육지인지 바다인지에 대한 정보가 주어진다. N개의 줄에 맵의 상태가 북쪽부터 남쪽 순서대로, 각 줄의 데이터는 서쪽부터 동쪽 순서대로 주어진다. 맵의 외곽은 항상 바다로 되어있다.
- 0: 육지
- 1: 바다
- 처음에 게임 캐릭터가 위치한 칸의 상태는 항상 육지이다.
<출력 조건>
- 첫째 줄에 이동을 마친 후 캐릭터가 방문한 칸의 수를 출력한다.
<입력 예시>
- 4 4 # 4 x 4 맵 생성
1 1 0 # (1, 1)에 북쪽(0)을 바라보고 서 있는 캐릭터
1 1 1 1 # 첫 줄은 모두 바다
1 0 0 1 # 둘째 줄은 바다/육지/육지/바다
1 1 0 1 # 셋째 줄은 바다/바다/육지/바다
1 1 1 1 # 넷째 줄은 모두 바다
<출력 예시>
- 3
사고 과정
1. 맵의 크기가 최대일 때 50 * 50이고 한 칸에서 가장 많은 시행을 할 횟수는 한바퀴 돌고 제자리에 멈추는 경우로 4가지니까 최대 10,000가지의 경우가 있다. 그럼 막 구현해도 될 것 같은데?
2. 단, 이때 뒤쪽 방향이 바다인 칸이라 뒤로 갈 수 없는 경우에는 움직임을 멈춘다는 말은 만약 맵에 육지만 존재할 경우 무한루프에 빠진다는 건가?
내 풀이
n, m = map(int, input().split())
field = []
x, y, dir = map(int, input().split())
dirList = [0, 1, 2, 3]
dx = [0, 1, 0, -1]
dy = [-1, 0, 1, 0]
stop = True
cnt = 1
for i in range(n):
field.append(list(map(int, input().split())))
field[x][y] = 2
while stop:
if field[y][x] == 0:
field[y][x] = 2
cnt += 1
for i in range(4):
dir -= 1
if x + dx[dirList[dir]] < 0 or x + dx[dirList[dir]] >= m or y + dy[dirList[dir]] < 0 or y + dy[
dirList[dir]] >= n:
if i == 3:
if field[y + dy[dirList[dir + 2]]][x + dx[dirList[dir + 2]]] != 1:
x += dx[dirList[dir + 2]]
y += dy[dirList[dir + 2]]
else:
stop = False
break
continue
elif field[y + dy[dirList[dir]]][x + dx[dirList[dir]]] == 1 or field[y + dy[dirList[dir]]][
x + dx[dirList[dir]]] == 2:
if i == 3:
if field[y + dy[dirList[dir + 2]]][x + dx[dirList[dir + 2]]] != 1:
x += dx[dirList[dir + 2]]
y += dy[dirList[dir + 2]]
else:
stop = False
break
continue
else:
x += dx[dirList[dir]]
y += dy[dirList[dir]]
break
dir = dirList[dir]
print(cnt)해설 풀이
# N, M을 공백을 기준으로 구분하여 입력받기
n, m = map(int, input().split())
# 방문한 위치를 저장하기 위한 맵을 생성하여 0으로 초기화
d = [[0] * m for _ in range(n)]
# 현재 캐릭터의 X 좌표, Y 좌표, 방향을 입력받기
x, y, direction = map(int, input().split())
d[x][y] = 1 # 현재 좌표 방문 처리
# 전체 맵 정보를 입력받기
array = []
for i in range(n):
array.append(list(map(int, input().split())))
# 북, 동, 남, 서 방향 정의
dx = [-1, 0, 1, 0]
dy = [0, 1, 0, -1]
# 왼쪽으로 회전
def turn_left():
global direction
direction -= 1
if direction == -1:
direction = 3
# 시뮬레이션 시작
count = 1
turn_time = 0
while True:
# 왼쪽으로 회전
turn_left()
nx = x + dx[direction]
ny = y + dy[direction]
# 회전한 이후 정면에 가보지 않은 칸이 존재하는 경우 이동
if d[nx][ny] == 0 and array[nx][ny] == 0:
d[nx][ny] = 1
x = nx
y = ny
count += 1
turn_time = 0
continue
# 회전한 이후 정면에 가보지 않은 칸이 없거나 바다인 경우
else:
turn_time += 1
# 네 방향 모두 갈 수 없는 경우
if turn_time == 4:
nx = x - dx[direction]
ny = y - dy[direction]
# 뒤로 갈 수 있다면 이동하기
if array[nx][ny] == 0:
x = nx
y = ny
# 뒤가 바다로 막혀있는 경우
else:
break
turn_time = 0
# 정답 출력
print(count)
자체 피드백
단순히 문제를 이해하고 옮기면 되는 전형적인 시뮬레이션 문제였지만 그걸 코드로 옮기는 과정이 너무 오래 걸렸다.
일반적으로 방향(Direction)을 설정해서 이동하는 문제 유형에서는 dx, dy라는 별도의 리스트를 만들어 방향을 정하는 것이 효과적이다.
파이썬에서 2차원 리스트를 선언할 때는 리스트 컴프리헨션(Comprehension)을 사용하도록 하자.
dx, dy 설정시에는 헷갈리니까 위아래를 x, 좌우를 y로 설정하면 2차원 리스트 인덱스에 입력할 때 안헷갈린다.
해설에서는 맵을 벗어나는 경우에 대해서는 고려하지 않은듯 하다.
