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【BFS】752. Open the Lock

时间:2021-01-05 10:54:46      阅读:0      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:loading   Plan   res   hang   delay   i++   ike   because   框架   

参考:https://labuladong.gitbook.io/algo/di-ling-zhang-bi-du-xi-lie/bfs-kuang-jia

问题:

求从【0000】四位密码锁初始状态,最少经过几步,能找到给定目标秘密target

另,其中若转到给定deadends的密码,则永远打不开锁,因此需要避开这些密码。

Example 1:
Input: deadends = ["0201","0101","0102","1212","2002"], target = "0202"
Output: 6
Explanation:
A sequence of valid moves would be "0000" -> "1000" -> "1100" -> "1200" -> "1201" -> "1202" -> "0202".
Note that a sequence like "0000" -> "0001" -> "0002" -> "0102" -> "0202" would be invalid,
because the wheels of the lock become stuck after the display becomes the dead end "0102".

Example 2:
Input: deadends = ["8888"], target = "0009"
Output: 1
Explanation:
We can turn the last wheel in reverse to move from "0000" -> "0009".

Example 3:
Input: deadends = ["8887","8889","8878","8898","8788","8988","7888","9888"], target = "8888"
Output: -1
Explanation:
We can‘t reach the target without getting stuck.

Example 4:
Input: deadends = ["0000"], target = "8888"
Output: -1
 
Constraints:
1 <= deadends.length <= 500
deadends[i].length == 4
target.length == 4
target will not be in the list deadends.
target and deadends[i] consist of digits only.

  

解法:BFS(广度优先搜索)

  • queue:q:存储每层尝试的节点
  • set:visited:存储已经访问过的节点,避免重复访问,形成死循环

框架过程:

  • INIT:将start节点加入q和visited中,开始处理尝试q中的所有节点
  • (q不为空的情况下,还有层次未尝试)对于每一层尝试
    • INIT:获取当前层q.size,用来界定层次+1
    • 对每一层的所有节点:
      • 判断是否为target?是->return step,否->继续
      • 将当前节点cur的所有邻接节点都加入q和visited中。
        • 条件:这些邻接节点不在visited中(即未曾访问过)
    • 每层所有节点判定完毕,step++。
  • 最后都没有找到target的话,即无法找到。

对本问题:

q:储存所有下一步的密码可能。(向上拨一位,向下拨一位,各4位,则共有8中可能)

visited:已经判断过的密码。

?? 特:deadends,若当前判断的密码是deadends中的密码,则放弃尝试,continue到下一个密码的尝试。

 

代码参考:

 1 class Solution {
 2 public:
 3     //getAdjacentNode
 4     void pushAdjacentNode(queue<string>& q, unordered_set<string>& visited, string s) {
 5         for(int i=0; i<4; i++) {
 6             string up = plusOne(s, i);
 7             if(visited.count(up)==0) {
 8                 q.push(up);
 9                 visited.insert(up);
10             }
11             string down = minusOne(s, i);
12             if(visited.count(down)==0) {
13                 q.push(down);
14                 visited.insert(down);
15             }
16         }
17     }
18     string plusOne(string s, int pos) {
19         if(s[pos]==9) s[pos]=0;
20         else s[pos]++;
21         return s;
22     }
23     string minusOne(string s, int pos) {
24         if(s[pos]==0) s[pos]=9;
25         else s[pos]--;
26         return s;
27     }
28     int openLock(vector<string>& deadends, string target) {
29         queue<string> q;
30         unordered_set<string> visited;
31         unordered_set<string> dead(deadends.begin(), deadends.end());
32         int res = 0;
33         q.push("0000");
34         visited.insert("0000");
35         
36         while(!q.empty()) {
37             int sz = q.size();
38             for(int i=0; i<sz; i++) {
39                 string cur = q.front();
40                 q.pop();
41                 if(dead.count(cur) != 0) continue;
42                 if(cur == target) {
43                     return res;
44                 }
45                 pushAdjacentNode(q, visited, cur);
46             }
47             res++;
48         }
49         return -1;
50     }
51 };

 

解法:Bidirectional BFS(双向 广度优先搜索)

条件:已知target目标节点+初始节点。(只知道初始节点时,只能用单向 BFS)

技术图片技术图片

 

 时间复杂度一样,只是双向BFS从两侧遍历,缩小了半棵树的搜索。

 

 

 实现:

改变内容 单向BFS 双向BFS
遍历对象 queue q(start向下) unordered_set q1(start向下),q2(target向上)
?? visited添加时机 ?? 加入q的同时 ?? 马上使用visited之前(由于每次加入visit的节点,实际是为下下一次check对象准备的<不能妨碍下一次check>)
每层遍历新增邻接节点 插入q中 插入每层遍历新作临时set tmp中
判断是否找到 cur==target? q2.count(cur)!=0?  反向搜索set中是否存在正向搜索的当前节点?
每层判断结束 层数+1,step++

除层数+1外,设置下次循环搜索对象为p2(当前的反向),tmp为下次循环搜索的p2,丢弃当前搜索完的p1

??  优化:使得每次的搜索对象p1的长度最短(遍历次数尽可能少),即当p1.size()>p2.size()则调换swap(p1,p2)。

代码参考:

 1 class Solution {
 2 public:
 3     //getAdjacentNode
 4     void pushAdjacentNode(unordered_set<string>& q, unordered_set<string>& visited, string s) {
 5         for(int i=0; i<4; i++) {
 6             string up = plusOne(s, i);
 7             if(visited.count(up)==0) {
 8                 q.insert(up);
 9                 //visited.insert(up);
10             }
11             string down = minusOne(s, i);
12             if(visited.count(down)==0) {
13                 q.insert(down);
14                 //visited.insert(down);
15                 //delay the timing to flag cur visited.
16                 //cause this visited node is of the next next check obj, not the next check obj.
17             }
18         }
19     }
20     string plusOne(string s, int pos) {
21         if(s[pos]==9) s[pos]=0;
22         else s[pos]++;
23         return s;
24     }
25     string minusOne(string s, int pos) {
26         if(s[pos]==0) s[pos]=9;
27         else s[pos]--;
28         return s;
29     }
30     int openLock(vector<string>& deadends, string target) {
31         unordered_set<string> q1;
32         unordered_set<string> q2;
33         unordered_set<string> visited;
34         unordered_set<string> dead(deadends.begin(), deadends.end());
35         int res = 0;
36         q1.insert("0000");
37         q2.insert(target);
38         //visited.insert("0000");
39         //visited.insert(target);
40         
41         while(!q1.empty() && !q2.empty()) {
42             unordered_set<string> tmp;
43             if(q1.size()>q2.size()) {
44                 swap(q1, q2);
45             }
46             int sz = q1.size();
47             for(string cur : q1) {
48                 if(dead.count(cur) != 0) continue;
49                 //if(cur == target) {
50                 if(q2.count(cur) != 0) {
51                     return res;
52                 }
53                 visited.insert(cur);//put in visited directly before using visited set.
54                 pushAdjacentNode(tmp, visited, cur);
55             }
56             res++;
57             //q1 checked over, discard it.
58             //and q2 will be the next check object, 
59             //tmp is the new object waiting like q2 position.
60             q1 = q2;
61             q2 = tmp;
62         }
63         return -1;
64     }
65 };

 

【BFS】752. Open the Lock

标签:loading   Plan   res   hang   delay   i++   ike   because   框架   

原文地址:https://www.cnblogs.com/habibah-chang/p/14219937.html

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