A well-established theoretical model for modular robots in two dimensions are edge-connected configurations of square modules, which can reconfigure through so-called sliding moves. Dumitrescu and Pach [Graphs and Combinatorics, 2006] proved that it is always possible to reconfigure one edge-connected configuration of $n$ squares into any other using at most $O(n^2)$ sliding moves, while keeping the configuration connected at all times. For certain pairs of configurations, reconfiguration may require $\Omega(n^2)$ sliding moves. However, significantly fewer moves may be sufficient. We prove that it is NP-hard to minimize the number of sliding moves for a given pair of edge-connected configurations. On the positive side we present Gather&Compact, an input-sensitive in-place algorithm that requires only $O(\bar{P} n)$ sliding moves to transform one configuration into the other, where $\bar{P}$ is the maximum perimeter of the two bounding boxes. The squares move within the bounding boxes only, with the exception of at most one square at a time which may move through the positions adjacent to the bounding boxes. The $O(\bar{P} n)$ bound never exceeds $O(n^2)$, and is optimal (up to constant factors) among all bounds parameterized by just $n$ and $\bar{P}$. Our algorithm is built on the basic principle that well-connected components of modular robots can be transformed efficiently. Hence we iteratively increase the connectivity within a configuration, to finally arrive at a single solid $xy$-monotone component. We implemented Gather&Compact and compared it experimentally to the in-place modification by Moreno and Sacrist\'an [EuroCG 2020] of the Dumitrescu and Pach algorithm (MSDP). Our experiments show that Gather&Compact consistently outperforms MSDP by a significant margin, on all types of square configurations.


翻译:在两个维度的模块机器人方面,一个成熟的理论模型是平方模块的边缘连接配置,可以通过所谓的滑动移动进行重新配置。 Dumitrescu 和 Pach [Graphs and Compatoric, 2006] 证明,总是有可能将一个与边缘连接的美元方块配置重新配置成任何其他配置,最多使用$O(n)2美元滑动,同时始终保持配置连接。对于某些组合而言,重组可能需要$\Omega(n2)美元滑动。然而,移动可能要少得多得多。我们证明,要尽可能减少某一组与边缘连接的配置的滑动次数。在积极的一面,我们展示一个精细小的“C”方块配置,只要$(bar{P),滑动就可以将一个配置转换成另一个,而$(美元)是两个内装箱的最大范围值。我们只能通过一个基调的基调的基调的基调的基调的基调的基调的基调的基调的基调的基调,在O的基调中可以持续运行。

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