We analyze the computational complexity of Tetris clearing (determining whether the player can clear an initial board using a given sequence of pieces) and survival (determining whether the player can avoid losing before placing all the given pieces in an initial board) when restricted to a single polyomino piece type. We prove, for any tetromino piece type $P$ except for O, the NP-hardness of Tetris clearing and survival under the standard Super Rotation System (SRS), even when the input sequence consists of only a specified number of $P$ pieces. These surprising results disprove a 23-year-old conjecture on the computational complexity of Tetris with only I pieces (although our result is only for a specific rotation system). As a corollary, we prove the NP-hardness of Tetris clearing when the sequence of pieces has to be able to be generated from a $7k$-bag randomizer for any positive integer $k\geq 1$. On the positive side, we give polynomial-time algorithms for Tetris clearing and survival when the input sequence consists of only dominoes, assuming a particular rotation model, solving a version of a 9-year-old open problem. Along the way, we give polynomial-time algorithms for Tetris clearing and survival with $1\times k$ pieces (for any fixed $k$), provided the top $k-1$ rows are initially empty, showing that our I NP-hardness result needs to have filled cells in the top three rows.


翻译:我们分析了在仅限单一多联方块类型时,俄罗斯方块的消除游戏(判断玩家能否利用给定序列的方块清除初始棋盘)和生存游戏(判断玩家能否在放置完初始棋盘上所有给定方块前避免失败)的计算复杂性。我们证明,对于除O之外的任意四格方块类型$P$,在标准超级旋转系统(SRS)下,即使输入序列仅包含指定数量的$P$方块,俄罗斯方块的消除和生存问题均为NP难问题。这一惊人结果推翻了一个存在23年之久的猜想(该猜想关于仅用I型方块时俄罗斯方块的计算复杂性,尽管我们的结论仅针对特定旋转系统)。作为推论,我们证明了当方块序列必须由$7k$-bag随机生成器生成时(对任意正整数$k\geq 1$),俄罗斯方块的消除问题也是NP难的。另一方面,在特定旋转模型下,我们给出了当输入序列仅包含多米诺骨牌时,俄罗斯方块消除和生存问题的多项式时间算法,解决了存在9年的一个开放问题的部分版本。此外,我们针对$1\times k$型方块(对任意固定$k$)给出了俄罗斯方块消除和生存问题的多项式时间算法(前提是初始棋盘顶部$k-1$行为空),表明我们的I型方块NP难结论需要顶部三行存在填充单元格。

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