MVP1/Assets/Scripts/Modules/Battle/BattleSystem.cs

using System;
using System.Numerics;

// МОДУЛЬ БОЕВОЙ СИСТЕМЫ: урон, потери, исход. Документ: Docs/Modules/Battle.md
// Без Unity и без float: этот же код без изменений сможет считать бои на сервере.
//
// Правила (стартовые числа -- в BattleRules; решения №11-13 комплекта требований от 29.10.2026):
//  - сила стороны = сумма по типам: воины x сила типа x (100% + контры + осадный бонус)
//    x (100% + бонусы стороны) x состояния (голод, усталость) x (100% + удача);
//  - контры: пехота сильнее кавалерии, кавалерия сильнее лучников, лучники сильнее пехоты;
//    бонус типа против врага взвешивается по составу врага;
//  - осадные: против стен сильнее, в поле слабее; стены усиливают защитников;
//  - удача: каждой стороне от -5% до +5%, ПОСЛЕ всех модификаторов, из Seed -- тот же Seed даёт тот же итог (№12);
//  - сила считается точной дробью (BigInteger) и округляется один раз -- только для показа (№12);
//  - побеждает тот, у кого итоговая сила больше; ничья -- защитнику;
//  - потери (№14): доля выбывших каждого типа -- плавная функция соотношения итоговых сил (сильная / слабая)
//    по опорным точкам BattleRules: 1:1 -- 45% / 45%, 3:1 -- 16% / 74%, 5:1 -- 11% / 88%. Одинаково для PvE, PvP и Круга;
//  - округление потерь: целая часть гарантирована, дробная -- шанс ещё одной потери,
//    из отдельного потока случайности (№13). Раненых пока нет, все выбывшие -- погибшие.
public sealed class BattleSystem : IBattleSystem
{
    // Точная неотрицательная дробь: сила x100 = N / D
    struct Fraction
    {
        public BigInteger N, D;
        public long Floor => (long)(N / D);
    }

    enum Rounding { Roll, Floor, Ceiling } // бой -- бросок по №13; прогноз -- лучший и худший случай

    private readonly BattleRules rules;
    private readonly int[] power;
    private readonly int[] lossRatio, strongLoss, weakLoss; // кривая потерь (проверенная копия из правил)

    public BattleRules Rules => rules;

    public BattleSystem() : this(BattleRules.Default) { }

    public BattleSystem(BattleRules rules)
    {
        this.rules = rules ?? BattleRules.Default;
        power = new int[TroopType.Count];
        var defaults = BattleRules.Default.UnitPower;
        for (int i = 0; i < TroopType.Count; i++)
            power[i] = this.rules.UnitPower != null && i < this.rules.UnitPower.Length && this.rules.UnitPower[i] > 0
                ? this.rules.UnitPower[i] : defaults[i];

        // Кривая из таблицы, если она корректна, иначе -- значения по умолчанию (ошибка в Inspector не ломает бой)
        var r = this.rules;
        bool ok = r.LossRatioPermille != null && r.StrongLossPermille != null && r.WeakLossPermille != null
                  && r.LossRatioPermille.Length > 0
                  && r.LossRatioPermille.Length == r.StrongLossPermille.Length
                  && r.LossRatioPermille.Length == r.WeakLossPermille.Length
                  && r.LossRatioPermille[0] == 1000;
        for (int i = 0; ok && i < r.LossRatioPermille.Length; i++)
        {
            ok = r.StrongLossPermille[i] >= 0 && r.StrongLossPermille[i] <= 1000 && r.WeakLossPermille[i] >= 0 && r.WeakLossPermille[i] <= 1000
                 && (i == 0 || r.LossRatioPermille[i] > r.LossRatioPermille[i - 1]);
        }
        var src = ok ? r : BattleRules.Default;
        lossRatio = (int[])src.LossRatioPermille.Clone();
        strongLoss = (int[])src.StrongLossPermille.Clone();
        weakLoss = (int[])src.WeakLossPermille.Clone();
    }

    // Доля выбывших стороны (в десятых долях процента, дробью) при соотношении сил stronger / weaker (решение №14)
    void LossShare(Fraction weaker, Fraction stronger, bool isWeak, out BigInteger num, out BigInteger den)
    {
        int[] values = isWeak ? weakLoss : strongLoss;
        int last = lossRatio.Length - 1;
        if (weaker.N.IsZero)
        {
            // У слабой стороны нулевая сила: сильная не теряет никого, слабая -- как при самом большом перевесе
            num = isWeak ? values[last] : 0;
            den = 1;
            return;
        }

        // Соотношение сил в десятых долях процента: R = 1000 * stronger / weaker = rn / rd
        BigInteger rn = 1000 * stronger.N * weaker.D;
        BigInteger rd = stronger.D * weaker.N;
        if (rn <= lossRatio[0] * rd) { num = values[0]; den = 1; return; }
        if (rn >= lossRatio[last] * rd) { num = values[last]; den = 1; return; }

        int i = 0;
        while (rn >= lossRatio[i + 1] * rd) i++; // lossRatio[i] <= R < lossRatio[i + 1]
        long span = lossRatio[i + 1] - lossRatio[i];
        // v = v_i + (v_{i+1} - v_i) * (R - p_i) / span -- точной дробью
        num = (BigInteger)values[i] * span * rd + (BigInteger)(values[i + 1] - values[i]) * (rn - lossRatio[i] * rd);
        den = span * rd;
    }

    // Контра: насколько тип attackerType сильнее против defenderType, в процентах
    public int Counter(int attackerType, int defenderType)
    {
        if (attackerType == TroopType.Infantry && defenderType == TroopType.Cavalry) return rules.CounterPercent;
        if (attackerType == TroopType.Cavalry && defenderType == TroopType.Archers) return rules.CounterPercent;
        if (attackerType == TroopType.Archers && defenderType == TroopType.Infantry) return rules.CounterPercent;
        return 0;
    }

    public BattleOutcome Resolve(BattleRequest request)
    {
        return Fight(request, Luck(request.Seed, 1), Luck(request.Seed, 2), Rounding.Roll);
    }

    // Прогноз (№11): качественный риск и точный шанс победы. Итог конкретного боя не раскрывается.
    public BattleForecast Forecast(BattleRequest request)
    {
        int r = Math.Max(0, rules.RandomPercent * 10);
        var f = new BattleForecast
        {
            AttackerPowerMin = long.MaxValue, DefenderPowerMin = long.MaxValue,
            AttackerLossesMin = int.MaxValue
        };
        foreach (int attLuck in new[] { -r, r })
        foreach (int defLuck in new[] { -r, r })
        {
            BattleOutcome best = Fight(request, attLuck, defLuck, Rounding.Floor);
            BattleOutcome worst = Fight(request, attLuck, defLuck, Rounding.Ceiling);
            f.AttackerPowerMin = Math.Min(f.AttackerPowerMin, best.AttackerPower);
            f.AttackerPowerMax = Math.Max(f.AttackerPowerMax, best.AttackerPower);
            f.DefenderPowerMin = Math.Min(f.DefenderPowerMin, best.DefenderPower);
            f.DefenderPowerMax = Math.Max(f.DefenderPowerMax, best.DefenderPower);
            f.AttackerLossesMin = Math.Min(f.AttackerLossesMin, best.AttackerLosses);
            f.AttackerLossesMax = Math.Max(f.AttackerLossesMax, worst.AttackerLosses);
        }

        // Шанс победы: все сочетания удачи сторон равновероятны -- считаем, при скольких нападающий сильнее
        Sides(request, out Fraction att, out Fraction def, out _, out _, out _, out _);
        BigInteger x = att.N * def.D, y = def.N * att.D; // нападающий побеждает, если x * (1000 + a) > y * (1000 + d)
        long wins = 0, total = (long)(2 * r + 1) * (2 * r + 1);
        for (int a = -r; a <= r; a++)
        {
            BigInteger t = x * (1000 + a);
            if (y.IsZero) { if (t > 0) wins += 2 * r + 1; continue; }
            // нужно y * (1000 + d) < t, то есть 1000 + d <= ceil(t / y) - 1
            BigInteger dMax = (t + y - 1) / y - 1 - 1000;
            if (dMax < -r) continue;
            wins += dMax >= r ? 2 * r + 1 : (long)dMax + r + 1;
        }
        f.WinChancePermille = (int)((wins * 1000 + total / 2) / total);
        f.Chance = wins == total ? BattleChance.Advantage : wins == 0 ? BattleChance.HighRisk : BattleChance.Uncertain;
        return f;
    }

    BattleOutcome Fight(BattleRequest request, int attLuckPermille, int defLuckPermille, Rounding rounding)
    {
        Sides(request, out Fraction attBase, out Fraction defBase, out int[] att, out int[] def,
            out int attCondition, out int defCondition);
        Fraction attPower = WithLuck(attBase, attLuckPermille);
        Fraction defPower = WithLuck(defBase, defLuckPermille);

        bool victory = attPower.N * defPower.D > defPower.N * attPower.D; // ничья -- в пользу защитника

        // Потери по кривой (№14): победитель -- сильная сторона, проигравший -- слабая; при ничьей соотношение 1:1
        Fraction weaker = victory ? defPower : attPower;
        Fraction stronger = victory ? attPower : defPower;
        int[] attDead = Losses(att, weaker, stronger, isWeak: !victory, request.Seed, side: 1, rounding);
        int[] defDead = Losses(def, weaker, stronger, isWeak: victory, request.Seed, side: 2, rounding);

        // Раненых пока нет: доля погибших от тяжести поражения (№15) ждёт чисел от команды
        int[] attWounded = new int[TroopType.Count];
        int[] defWounded = new int[TroopType.Count];

        var attAlive = new int[TroopType.Count];
        var defAlive = new int[TroopType.Count];
        var defOut = new int[TroopType.Count];
        for (int i = 0; i < TroopType.Count; i++)
        {
            attAlive[i] = att[i] - attDead[i] - attWounded[i];
            defAlive[i] = def[i] - defDead[i] - defWounded[i];
            defOut[i] = defDead[i] + defWounded[i];
        }

        return new BattleOutcome
        {
            Victory = victory,
            BattleId = request.Seed,
            RulesVersion = rules.Version,
            AttackerLosses = Sum(attDead) + Sum(attWounded),
            DefenderLosses = Sum(defOut),
            Survivors = Sum(attAlive),
            AttackerPower = attPower.Floor, // округление -- только для показа
            DefenderPower = defPower.Floor,
            AttackerLuckPermille = attLuckPermille,
            DefenderLuckPermille = defLuckPermille,
            AttackerConditionPercent = attCondition,
            DefenderConditionPercent = defCondition,
            AttackerUnitsBefore = att,
            DefenderUnitsBefore = def,
            AttackerSurvivorUnits = attAlive,
            DefenderSurvivorUnits = defAlive,
            AttackerDeadUnits = attDead,
            DefenderDeadUnits = defDead,
            AttackerWoundedUnits = attWounded,
            DefenderWoundedUnits = defWounded,
            DefenderLossUnits = defOut
        };
    }

    // Силы сторон без удачи (точные дроби) и состав сторон
    void Sides(BattleRequest request, out Fraction attPower, out Fraction defPower, out int[] att, out int[] def,
        out int attCondition, out int defCondition)
    {
        att = Units(request.AttackerUnits, request.Attackers);
        def = Units(request.DefenderUnits, request.Defenders);
        attPower = SidePower(att, def, attacking: true, request.DefenderFortified, request.AttackerBonusPercent,
            request.AttackerConditions, out attCondition);
        defPower = SidePower(def, att, attacking: false, request.DefenderFortified,
            request.DefenderBonusPercent + (request.DefenderFortified ? rules.WallsPercent : 0),
            request.DefenderConditions, out defCondition);
    }

    // Сколько силы оставляют состояния стороны, в процентах (для показа). Штрафы -- последовательно: голод и усталость -- 40%
    public int ConditionPercent(BattleCondition conditions)
    {
        ConditionFactor(conditions, out BigInteger num, out BigInteger den);
        return (int)(num * 100 / den);
    }

    void ConditionFactor(BattleCondition conditions, out BigInteger num, out BigInteger den)
    {
        num = 1; den = 1;
        if ((conditions & BattleCondition.Famine) != 0) { num *= Math.Max(0, rules.FamineStrengthPercent); den *= 100; }
        if ((conditions & BattleCondition.Fatigue) != 0) { num *= Math.Max(0, rules.FatigueStrengthPercent); den *= 100; }
    }

    // Сила стороны x100 точной дробью. Порядок: контры и осадные -> бонусы стороны -> состояния; удача -- в WithLuck.
    // Контра по составу врага (counterSum / enemyTotal) остаётся дробью -- без промежуточного округления (№12).
    Fraction SidePower(int[] units, int[] enemy, bool attacking, bool fortified, int bonusPercent,
        BattleCondition conditions, out int conditionPercent)
    {
        int enemyTotal = Sum(enemy);
        int e = Math.Max(1, enemyTotal);
        BigInteger raw = 0;
        for (int i = 0; i < TroopType.Count; i++)
        {
            if (units[i] <= 0) continue;

            long counterSum = 0;
            if (enemyTotal > 0)
                for (int j = 0; j < TroopType.Count; j++) counterSum += (long)Counter(i, j) * enemy[j];

            int siegePercent = 0;
            if (i == TroopType.Siege) siegePercent = attacking && fortified ? rules.SiegeVsWallsPercent : rules.SiegeInFieldPercent;

            // воины x сила x (100 + осадный% + контра%), где контра% = counterSum / e
            BigInteger term = (BigInteger)units[i] * power[i] * ((100L + siegePercent) * e + counterSum);
            if (term > 0) raw += term;
        }

        ConditionFactor(conditions, out BigInteger condNum, out BigInteger condDen);
        conditionPercent = (int)(condNum * 100 / condDen);
        return new Fraction
        {
            N = raw * Math.Max(0, 100 + bonusPercent) * condNum,
            D = (BigInteger)e * 100 * condDen
        };
    }

    static Fraction WithLuck(Fraction power, int luckPermille)
    {
        return new Fraction { N = power.N * (1000 + luckPermille), D = power.D * 1000 };
    }

    // Удача стороны в десятых долях процента: от -RandomPercent*10 до +RandomPercent*10.
    // Считается из Seed (SplitMix64) -- одинаково на любой платформе, System.Random для этого не годится.
    public int Luck(long seed, int side)
    {
        int range = rules.RandomPercent * 10;
        if (range <= 0) return 0;
        ulong x = Mix((ulong)seed + 0x9E3779B97F4A7C15UL * (ulong)side);
        return (int)(x % (ulong)(2 * range + 1)) - range;
    }

    // Отдельный поток случайности для округления потерь (№13): своя "соль" на каждую сторону и тип войск,
    // не пересекается с удачей. Возвращает число от 0 до 2^32 - 1.
    static ulong LossRoll(long seed, int side, int type)
    {
        ulong x = Mix(((ulong)seed ^ 0xD1B54A32D192ED03UL) + 0x9E3779B97F4A7C15UL * (ulong)(16 * side + type + 1));
        return x >> 32;
    }

    static ulong Mix(ulong x)
    {
        x = (x ^ (x >> 30)) * 0xBF58476D1CE4E5B9UL;
        x = (x ^ (x >> 27)) * 0x94D049BB133111EBUL;
        return x ^ (x >> 31);
    }

    // Потери каждого типа (дробью): units x доля выбывших по кривой (№14).
    // Целая часть гарантирована, дробная -- шанс ещё одной потери (№13).
    int[] Losses(int[] units, Fraction weaker, Fraction stronger, bool isWeak, long seed, int side, Rounding rounding)
    {
        var lost = new int[TroopType.Count];
        LossShare(weaker, stronger, isWeak, out BigInteger shareNum, out BigInteger shareDen);
        for (int i = 0; i < TroopType.Count; i++)
        {
            if (units[i] <= 0) continue;

            BigInteger num = (BigInteger)units[i] * shareNum;
            BigInteger den = 1000 * shareDen;

            BigInteger whole = BigInteger.DivRem(num, den, out BigInteger rest);
            bool extra = !rest.IsZero && (rounding == Rounding.Ceiling
                || rounding == Rounding.Roll && (BigInteger)LossRoll(seed, side, i) * den < rest * (BigInteger.One << 32));
            BigInteger l = whole + (extra ? 1 : 0);
            lost[i] = (int)BigInteger.Min(units[i], l);
        }
        return lost;
    }

    static int[] Units(int[] units, int count)
    {
        var result = new int[TroopType.Count];
        if (units != null)
        {
            for (int i = 0; i < TroopType.Count && i < units.Length; i++) result[i] = Math.Max(0, units[i]);
        }
        else
        {
            result[TroopType.Infantry] = Math.Max(0, count); // состав неизвестен -- считаем пехотой
        }
        return result;
    }

    static int Sum(int[] values)
    {
        int n = 0;
        foreach (var v in values) n += v;
        return n;
    }
}