剑指 Offer 13(图搜索篇2).机器人的运动范围

问题描述:

地上有一个m行n列的方格,从坐标 [0,0] 到坐标 [m-1,n-1] 。一个机器人从坐标 [0, 0] 的格子开始移动,它每次可以向左、右、上、下移动一格(不能移动到方格外),也不能进入行坐标和列坐标的数位之和大于k的格子。例如,当k为18时,机器人能够进入方格 [35, 37] ,因为3+5+3+7=18。但它不能进入方格 [35, 38],因为3+5+3+8=19。请问该机器人能够到达多少个格子?

示例:

输入:m = 2, n = 3, k = 1
输出:3
输入:m = 3, n = 1, k = 0
输出:1

解题思路:

  1. 深度优先搜索: 可以理解为暴力法模拟机器人在矩阵中的所有路径。DFS 通过递归,先朝一个方向搜到底,再溯至上个节点,沿另一个方向搜索,以此类推。

剪枝: 在搜索中,遇到数位和超出目标值、此元素已访问,则应立即返回,称之为 可行性剪枝 。

算法解析:

递归参数: 当前元素在矩阵中的行列索引 i 和 j ,两者的数位和 si, sj 。

终止条件: 当 ① 行列索引越界 或 ② 数位和超出目标值 k 或 ③ 当前元素已访问过 时,返回 00 ,代表不计入可达解。

递推工作:

标记当前单元格 :将索引 (i, j) 存入 Set visited 中,代表此单元格已被访问过。

搜索下一单元格: 计算当前元素的 下、右 两个方向元素的数位和,并开启下层递归 。

回溯返回值: 返回 1 + 右方搜索的可达解总数 + 下方搜索的可达解总数,代表从本单元格递归搜索的可达解总数。

深度优先搜索代码实现

class Solution {
    
    
    public int movingCount(int m, int n, int k) {
    
    
        boolean[][] isVisited = new boolean[m][n];
        return dfs(0,0,m,n,k,isVisited);
    }
    private int dfs(int i,int j,int m,int n,int k,boolean[][] isVisited){
    
    
        int numbers = 0;
        if(i >= m || j >= n || i < 0 || j < 0 ||(i/10 + i%10 + j/10 + j%10) > k || isVisited[i][j]){
    
    
            return 0;
        }
        isVisited[i][j] = true;
        return dfs(i + 1,j,m,n,k,isVisited) + dfs(i,j + 1,m,n,k,isVisited) + dfs(i - 1,j,m,n,k,isVisited)
        + dfs(i,j -1 ,m,n,k,isVisited) + 1;//+1加的就是(0,0)这个点
    }
}
  1. 广度优先搜索:

BFS/DFS : 两者目标都是遍历整个矩阵,不同点在于搜索顺序不同。DFS 是朝一个方向走到底,再回退,以此类推;BFS 则是按照“平推”的方式向前搜索。

BFS 实现: 通常利用队列实现广度优先遍历。

算法解析:

  • 初始化: 将机器人初始点 (0, 0)(0,0) 加入队列 queue ;
  • 迭代终止条件: queue 为空。代表已遍历完所有可达解。

迭代工作:

  • 单元格出队: 将队首单元格的 索引、数位和 弹出,作为当前搜索单元格。
  • 判断是否跳过: 若 ① 行列索引越界 或 ② 数位和超出目标值 k 或 ③ 当前元素已访问过 时,执行 continue
  • 标记当前单元格 :将单元格索引 (i, j) 存入 Set visited 中,代表此单元格 已被访问过 。
  • 单元格入队: 将当前元素的 下方、右方 单元格的 索引、数位和 加入 queue 。
  • 返回值: Set visited 的长度 len(visited) ,即可达解的数量。

广度优先搜索代码实现

class Solution {
    
    
    public int movingCount(int m, int n, int k) {
    
    
        //临时变量visited记录格子是否被访问过
        boolean[][] visited = new boolean[m][n];
        int res = 0;
        //创建一个队列,保存的是访问到的格子坐标,是个二维数组
        Queue<int[]> queue = new LinkedList<>();
        //从左上角坐标[0,0]点开始访问,add方法表示把坐标
        // 点加入到队列的队尾
        queue.add(new int[]{
    
    0, 0});
        while (queue.size() > 0) {
    
    
            //这里的poll()函数表示的是移除队列头部元素,因为队列
            // 是先进先出,从尾部添加,从头部移除
            int[] x = queue.poll();
            int i = x[0], j = x[1];
            //i >= m || j >= n是边界条件的判断,k < sum(i, j)判断当前格子坐标是否
            // 满足条件,visited[i][j]判断这个格子是否被访问过
            if (i >= m || j >= n || k < sum(i, j) || visited[i][j])
                continue;
            //标注这个格子被访问过
            visited[i][j] = true;
            res++;
            //把当前格子下边格子的坐标加入到队列中
            queue.add(new int[]{
    
    i + 1, j});
            //把当前格子右边格子的坐标加入到队列中
            queue.add(new int[]{
    
    i, j + 1});
        }
        return res;
    }

    //计算两个坐标数字的和
    private int sum(int i, int j) {
    
    
        int sum = 0;
        while (i != 0) {
    
    
            sum += i % 10;
            i /= 10;
        }
        while (j != 0) {
    
    
            sum += j % 10;
            j /= 10;
        }
        return sum;
    }

  
}

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