力扣杯 LCP 13.寻宝(点击查看题目)

力扣​leetcode-cn.com

题目描述

我们得到了一副藏宝图,藏宝图显示,在一个迷宫中存在着未被世人发现的宝藏。

迷宫是一个二维矩阵,用一个字符串数组表示。它标识了唯一的入口(用 'S' 表示),和唯一的宝藏地点(用 'T' 表示)。但是,宝藏被一些隐蔽的机关保护了起来。在地图上有若干个机关点(用 'M' 表示),只有所有机关均被触发,才可以拿到宝藏。

要保持机关的触发,需要把一个重石放在上面。迷宫中有若干个石堆(用 'O' 表示),每个石堆都有 无限 个足够触发机关的重石。但是由于石头太重,我们一次只能搬一个石头到指定地点。

迷宫中同样有一些墙壁(用 '#' 表示),我们不能走入墙壁。剩余的都是可随意通行的点(用 '.' 表示)。石堆、机关、起点和终点(无论是否能拿到宝藏)也是可以通行的。

我们每步可以选择向上/向下/向左/向右移动一格,并且不能移出迷宫。搬起石头和放下石头不算步数。那么,从起点开始,我们最少需要多少步才能最后拿到宝藏呢?如果无法拿到宝藏,返回 -1 。

示例 1:

输入:["S#O", "M..", "M.T"]

输出:16

解释:最优路线为:S->O, cost = 4, 去搬石头 O->第二行的 M, cost = 3, M 机关触发 第二行的 M->O, cost = 3, 我们需要继续回去 O 搬石头。O-> 第三行的 M,cost = 4, 此时所有机关均触发 第三行的 M->T, cost = 2,去 T 点拿宝藏。总步数为 16。

示例 2:

输入:["S#O", "M.#", "M.T"]

输出:-1

解释:我们无法搬到石头触发机关

示例 3:

输入:["S#O", "M.T", "M.."]

输出:17

解释:注意终点也是可以通行的。

限制:

  • 1 <= maze.length <= 100
  • 1 <= maze[i].length <= 100
  • maze[i].length == maze[j].length
  • S 和 T 有且只有一个
  • 0 <= M 的数量 <= 16
  • 0 <= O 的数量 <= 40,题目保证当迷宫中存在 M 时,一定存在至少一个 O 。

解决方案

题意概述

一个人在迷宫中,要从起点 S 走到终点 T。迷宫有两类特殊点,分别是:

M:机关点,需要用石头触发

O:石头点,一次可以搬一块石头

只有当所有 M 点均被触发以后,终点才可到达,问起点走到终点的最小代价。

题解

虽然迷宫有很多格子,但是我们实际上的走法只有几种:

  1. 从 S 走到 O,我们不会从 S 直接走到 M,因为触发机关要先搬石头。
  2. 从 O 走到 M
  3. 从 M 走到 O
  4. 从 M 走到 T

有一点性质很重要,不论我们触发机关或者搬运石头,都不改变迷宫的连通状态。因此,两个点的最短距离一旦计算出,就不会再改变了。

于是第一步,我们计算所有特殊点(包括 M,O,S,T)互相之间的最短距离,即对这里面的每个点做一次 bfs。这样我们就不需要考虑其他点了。

去除 O 点

现在,我们有:

M:最多 16 个

O:最多 40 个

S:1 个

T:1 个

这么多点需要考虑。其中 O 点是最多的,我们希望进一步缩小我们的考虑范围。

在最开始,我们一定会从 S,经过某一个 O,到达某一个 M。那么对于特定的 M 来说,我们枚举 O,并计算 S-O-M 的最短距离。那么如果我们要从起点到达 M,一定会选择这条距离最短的路。这样,我们首先得到了 S 到每一个 M 的最短距离

假定我们已经从起点到达了某个 M 了,接下来需要去其他的 O 点搬石头接着触发其他的机关,这是一个 M-O-M' 的路线。同样的道理,对于给定的 M',中间的 O 也是固定的。即给定 M 和 M',我们可以确定一个 O,使得 M-O-M' 距离最短。我们同样可以记录下这个最短距离,即得到了 所有 M 到 M' 的最短距离

最后,所有 M 到 T 的距离在前面已经计算出了

状态压缩 DP

到这里,我们知道了 S 到所有 M 的最短距离,也知道了 M 互相之间的最短距离,也知道了 M 到 T 的最短距离,这就是一个经典的状态压缩 DP 的模型了。

表示当前在第
个机关,总触发状态为
的最小步数,其中
是一个状态的 bitmap 。那么枚举当前所有还未触发的机关
,我们有:

其中

是预处理出的两点之间的最短距离。如果
不可达,则设为正无穷。

复杂度分析

  • dp 复杂度:

    。其中
    为 M 点的数量。
  • BFS 复杂度:
    ,其中
    为 M 点的数量,
    为 O 点的数量,
    为迷宫的面积。

注意事项

  • 由于本题的复杂度较高,使用 Python 等性能较差的语言实现时需要注意效率问题。
  • 本题边界情况较多,比如迷宫没有 M 、M 不可达等。

Python 实现

import Queue
​class Solution(object):def minimalSteps(self, maze):""":type maze: List[str]:rtype: int"""n = len(maze)m = len(maze[0])p = []#记录所有特殊点for i in range(n):for j in range(m):if maze[i][j] in ['S','T','M','O']:p.append((i,j,maze[i][j]))dxs = [0,1,0,-1]dys = [1,0,-1,0]def bfs(x, y):q = Queue.Queue()q.put((x,y))dis = [[10000 for i in range(m)] for j in range(n)]dis[x][y] = 0while not q.empty():_ = q.get()x = _[0]; y = _[1]for dx, dy in zip(dxs, dys):nx = x + dx; ny = y + dyif nx < 0 or nx == n or ny < 0 or ny == m: continueif maze[nx][ny] == '#': continueif dis[nx][ny] > dis[x][y] + 1:dis[nx][ny] = dis[x][y] + 1q.put((nx,ny))res = []for i, j, _ in p:res.append(dis[i][j])return res#计算特殊点之间的最短距离tag = {}dis = []for idx, (i, j, t) in enumerate(p):dis.append(bfs(i, j))if not t in tag: tag[t] = []tag[t].append(idx)sidx = tag['S'][0]tidx = tag['T'][0]#特殊处理 M 不存在的情况if not 'M' in tag:ans = dis[sidx][tidx]if ans == 10000:ans = -1return ans#计算 S 到所有 M 点之间的最短距离Mnum = len(tag['M'])Onum = len(tag['O'])dp = [[10000 for i in range(Mnum)] for i in range(1<<Mnum)]for i in range(Mnum):midx = tag['M'][i]s = 1 << i for j in range(Onum):oidx = tag['O'][j]dp[s][i] = min(dp[s][i], dis[sidx][oidx] + dis[oidx][midx])# 预处理 M 点之间的最短距离Mdis = [[10000 for i in range(Mnum)] for j in range(Mnum)]for i in range(Mnum):midx1= tag['M'][i]for j in range(Mnum):midx2 = tag['M'][j]for k in range(Onum):oidx = tag['O'][k]Mdis[i][j] = min(Mdis[i][j], dis[midx1][oidx] + dis[oidx][midx2])#状态压缩DPfor s in range(1<<Mnum):for j in range(Mnum):if s & (1<<j) == 0: continuefor k in range(Mnum):if s & (1<<k) != 0: continuens = s | (1<<k)dp[ns][k] = min(dp[ns][k], dp[s][j] + Mdis[j][k])# 统计结果ans = 10000fs = (1<<Mnum) - 1for j in range(Mnum):midx = tag['M'][j]ans = min(ans, dp[fs][j] + dis[midx][tidx])if ans == 10000: ans = -1return ans

C++ 实现

class Solution {public:int dx[4] = {1, -1, 0, 0};int dy[4] = {0, 0, 1, -1};int n, m;
​bool inBound(int x, int y) {return x >= 0 && x < n && y >= 0 && y < m;}
​vector<vector<int>> bfs(int x, int y, vector<string>& maze) {vector<vector<int>> ret(n, vector<int>(m, -1));ret[x][y] = 0;queue<pair<int, int>> Q;Q.push({x, y});while (!Q.empty()) {auto p = Q.front();Q.pop();int x = p.first, y = p.second;for (int k = 0; k < 4; k++) {int nx = x + dx[k], ny = y + dy[k];if (inBound(nx, ny) && maze[nx][ny] != '#' && ret[nx][ny] == -1) {ret[nx][ny] = ret[x][y] + 1;Q.push({nx, ny});}}}return ret;}
​int minimalSteps(vector<string>& maze) {n = maze.size(), m = maze[0].size();// 机关 & 石头vector<pair<int, int>> buttons, stones;// 起点 & 终点int sx, sy, tx, ty;for (int i = 0; i < n; i++) {for (int j = 0; j < m; j++) {if (maze[i][j] == 'M') {buttons.push_back({i, j});}if (maze[i][j] == 'O') {stones.push_back({i, j});}if (maze[i][j] == 'S') {sx = i, sy = j;}if (maze[i][j] == 'T') {tx = i, ty = j;}}}int nb = buttons.size();int ns = stones.size();vector<vector<int>> start_dist = bfs(sx, sy, maze);
​// 边界情况:没有机关if (nb == 0) {return start_dist[tx][ty];}// 从某个机关到其他机关 / 起点与终点的最短距离。vector<vector<int>> dist(nb, vector<int>(nb + 2, -1));// 中间结果vector<vector<vector<int>>> dd(nb);for (int i = 0; i < nb; i++) {vector<vector<int>> d = bfs(buttons[i].first, buttons[i].second, maze);dd[i] = d;// 从某个点到终点不需要拿石头dist[i][nb + 1] = d[tx][ty];}
​for (int i = 0; i < nb; i++) {int tmp = -1;for (int k = 0; k < ns; k++) {int mid_x = stones[k].first, mid_y = stones[k].second;if (dd[i][mid_x][mid_y] != -1 && start_dist[mid_x][mid_y] != -1) {if (tmp == -1 || tmp > dd[i][mid_x][mid_y] + start_dist[mid_x][mid_y]) {tmp = dd[i][mid_x][mid_y] + start_dist[mid_x][mid_y];}}}dist[i][nb] = tmp;for (int j = i + 1; j < nb; j++) {int mn = -1;for (int k = 0; k < ns; k++) {int mid_x = stones[k].first, mid_y = stones[k].second;if (dd[i][mid_x][mid_y] != -1 && dd[j][mid_x][mid_y] != -1 ) {if (mn == -1 || mn > dd[i][mid_x][mid_y] + dd[j][mid_x][mid_y]) {mn = dd[i][mid_x][mid_y] + dd[j][mid_x][mid_y];}}}dist[i][j] = mn;dist[j][i] = mn;}}
​// 无法达成的情形for (int i = 0; i < nb; i++) {if (dist[i][nb] == -1 || dist[i][nb + 1] == -1) return -1;}// dp 数组, -1 代表没有遍历到vector<vector<int>> dp(1 << nb, vector<int>(nb, -1));for (int i = 0; i < nb; i++) {dp[1 << i][i] = dist[i][nb];}// 由于更新的状态都比未更新的大,所以直接从小到大遍历即可for (int mask = 1; mask < (1 << nb); mask++) {for (int i = 0; i < nb; i++) {// 当前 dp 是合法的if (mask & (1 << i)) {for (int j = 0; j < nb; j++) {// j 不在 mask 里if (!(mask & (1 << j))) {int next = mask | (1 << j);if (dp[next][j] == -1 || dp[next][j] > dp[mask][i] + dist[i][j]) {dp[next][j] = dp[mask][i] + dist[i][j];}}}}}}
​int ret = -1;int final_mask = (1 << nb) - 1;for (int i = 0; i < nb; i++) {if (ret == -1 || ret > dp[final_mask][i] + dist[i][nb + 1]) {ret = dp[final_mask][i] + dist[i][nb + 1];}}
​return ret;}
};

本文作者:力扣

声明:本文归“力扣”版权所有,如需转载请联系。

leetcode最小面积_LeetCode 题解 |力扣杯 LCP 13.寻宝相关推荐

  1. 力扣第三题java_LeetCode 题解 | 力扣杯 LCP 06. 拿硬币

    力扣杯 LCP 06. 拿硬币(点击查看题目) 力扣​leetcode-cn.com 题目描述 桌上有 n 堆力扣币,每堆的数量保存在数组 coins 中.我们每次可以选择任意一堆,拿走其中的一枚或者 ...

  2. leetcode最小面积_LeetCode—— 939. 最小面积矩形(JavaScript)

    给定在 xy 平面上的一组点,确定由这些点组成的矩形的最小面积,其中矩形的边平行于 x 轴和 y 轴. 如果没有任何矩形,就返回 0. 示例 1: 输入:[[1,1],[1,3],[3,1],[3,3 ...

  3. 力扣杯2023春-个人赛、战队赛

    文章目录 力扣杯2023春-个人赛 [LCP 72. 补给马车](https://leetcode.cn/problems/hqCnmP/) 模拟 [LCP 73. 探险营地](https://lee ...

  4. 【算法竞赛】力扣杯春赛-个人赛 LCCUP‘23复盘

    力扣杯春赛-个人赛 LCCUP'23 LCP 72. 补给马车 关键词:模拟 题目来源:LCP 72. 补给马车 - 力扣(Leetcode) 题目描述 T模拟 远征队即将开启未知的冒险之旅,不过在此 ...

  5. 【算法比赛】2020 力扣杯!Code Your Future 春季全国编程大赛

    这个比赛,除了最后一题,其他四题其实没啥难度. 第一题:模拟. 第二题:BFS 或者 DP. 第三题:二分. 第四题:BFS. 第五题:思维 + 树的 DFS. 详细题解如下. 1.拿硬币 AC代码( ...

  6. LeetCode 2020 力扣杯全国春季编程大赛(1644/4093,前40.2%)

    文章目录 1. 比赛结果 2. 题目解析 2.1 拿硬币 Easy 2.2 传递信息 Esay 2.3 剧情触发时间 Medium 2.4 最小跳跃次数 Hard 2.5 二叉树任务调度 Hard 1 ...

  7. LeetCode 2021 力扣杯全国秋季编程大赛(第384名)

    文章目录 1. 无人机方阵 2. 心算挑战 3. 黑白翻转棋 4. 玩具套圈 5. 十字路口的交通 2021.9.11,周六 比赛之前:早上去交大看看,本科毕业10年了,由于限流,校园里没有多少回校的 ...

  8. 2020 力扣杯!Code Your Future 春季全国编程大赛题解

    目录 1. 拿硬币 2. 传递信息 3. 剧情触发时间 4. 最小跳跃次数 5. 二叉树任务调度 1. 拿硬币 桌上有 n 堆力扣币,每堆的数量保存在数组 coins 中.我们每次可以选择任意一堆,拿 ...

  9. LeetCode 2019 力扣杯全国秋季编程大赛

    文章目录 1. 比赛结果 2. 题目解析 2.1 猜数字 Easy 2.2 分式化简 Esay 2.3 机器人大冒险 Medium 2.4 覆盖 Hard 2.5 发 LeetCoin Hard 1. ...

  10. leetcode最小面积_Code Review Swift 算法题: 最小面积矩形  Leetcode 的动人之处

    题目描述: 939. 最小面积矩形 给定在 xy 平面上的一组点,确定由这些点组成的矩形的最小面积,其中矩形的边平行于 x 轴和 y 轴. 如果没有任何矩形,就返回 0. 示例 1: 输入:[[1,1 ...

最新文章

  1. mysqlselectdb php_PHP MySQL Select(数据库查询)
  2. mysql upgrade help_【MySQL学生手册】MySQL的升级
  3. Python字符串的encode与decode
  4. 11 | 脑裂: 一次奇怪的数据丢失
  5. neo4j java label_Neo4j:在具有相同Label的两个或多个节点之间创建关系
  6. python设置默认密码_使用Python生成随机密码的示例分享
  7. screnc加密后文件不能执行_芯片加密后还能不能再次使用【详细介绍】
  8. centos 7 源码方式安装mysql5.6
  9. PHP数组合并+与array_merge的区别分析 对多个数组合并去重技巧
  10. virtualbox 安装 虚拟机的时候报错不能创建新任务
  11. java生成一条唯一的邀请码_根据用户id生成一个唯一邀请码
  12. 从properties配置文件中获取到的中文乱码
  13. redis主从和集群搭建
  14. 其实我只想设置客户端实现跨域请求
  15. 图片 360度旋转动画
  16. JavaScript动态加载效果
  17. 【转载】吉安,被遗忘的才子之乡
  18. 荣耀上线“荣耀亲选”对标有品,小米要当心了!
  19. 做一个植物大战僵尸有多难?python教你几步搞定
  20. Android的主线程与子线程

热门文章

  1. unity读取json文件以及反序列化Dic示例
  2. IBM服务器渠道销售招聘,热招 | IT客户服务渠道销售,我们在IBM等你!
  3. java 新建pdf_java-如何关闭PDF文件以重新创建它? (正在...
  4. SpringBoot学习---整合JDBC,Druid,MyBatis
  5. php 禁止转换,php实现十进制、三十六进制转换的函数
  6. android 清除activity栈
  7. 我的世界java版和基岩版对比_我的世界 Java版 与 基岩版 有什么区别?
  8. css3中2D变形tranform总结(附实例)
  9. Ajax用法返回Json
  10. 委托解绑的一个小问题