الحد الأدنى لمسار التكلفة مع السماح بالحركات لليسار واليمين والأسفل والأعلى

الحد الأدنى لمسار التكلفة مع السماح بالحركات لليسار واليمين والأسفل والأعلى
جربه على ممارسة GfG

نظرا لشبكة 2D من الحجم ن * ن حيث تمثل كل خلية تكلفة اجتياز تلك الخلية، وتتمثل المهمة في العثور على الحد الأدنى من التكلفة للانتقال من أعلى اليسار الخلية إلى أسفل اليمين خلية. من خلية معينة يمكننا التحرك فيها 4 اتجاهات : اليسار واليمين لأعلى ولأسفل.

ملحوظة: من المفترض أن دورات التكلفة السلبية غير موجودة في مصفوفة المدخلات.

مثال:

مدخل: الشبكة = {{9 4 9 9}
{6 7 6 4}
{8 3 3 7}
{7 4 9 10}}
الإخراج: 43
توضيح: الحد الأدنى لمسار التكلفة هو 9 + 4 + 7 + 3 + 3 + 7 + 10.

يقترب:

الفكرة هي الاستخدام Dijkstra's algorithm للعثور على الحد الأدنى لمسار التكلفة من خلال الشبكة. يتعامل هذا الأسلوب مع الشبكة كرسم بياني حيث تكون كل خلية عبارة عن عقدة وتستكشف الخوارزمية ديناميكيًا المسار الأكثر فعالية من حيث التكلفة إلى الخلية السفلية اليمنى من خلال توسيع المسارات الأقل تكلفة أولاً دائمًا.

نهج خطوة بخطوة:

  1. استخدم الكومة الصغيرة لمعالجة المسار الأقل تكلفة دائمًا أولاً ودفع الخلية العلوية اليسرى إليه.
  2. قم بتهيئة مصفوفة التكلفة بقيم قصوى تحدد تكلفة خلية البداية على قيمة الشبكة الخاصة بها.
  3. لكل خلية، تحقق من جميع الخلايا الأربع المجاورة
    1. إذا تم العثور على مسار بتكلفة أقل، فقم بتحديث تكلفة الخلية ودفعها إلى الكومة.
  4. قم بإرجاع الحد الأدنى للتكلفة للوصول إلى الخلية اليمنى السفلية.

وفيما يلي تنفيذ النهج المذكور أعلاه:

C++
   // C++ program to find minimum Cost Path with    // Left Right Bottom and Up moves allowed   #include          using     namespace     std  ;   // Function to check if cell is valid.   bool     isValidCell  (  int     i       int     j       int     n  )     {      return     i  >=  0     &&     i   <  n     &&     j  >=  0     &&     j   <  n  ;   }   int     minimumCostPath  (  vector   <  vector   <  int  >>     &  grid  )     {      int     n     =     grid  .  size  ();          // Min heap to implement dijkstra      priority_queue   <  vector   <  int  >           vector   <  vector   <  int  >>       greater   <  vector   <  int  >>>     pq  ;          // 2d grid to store minimum cost      // to reach every cell.      vector   <  vector   <  int  >>     cost  (  n       vector   <  int  >  (  n       INT_MAX  ));      cost  [  0  ][  0  ]     =     grid  [  0  ][  0  ];          // Direction vector to move in 4 directions      vector   <  vector   <  int  >>     dir     =     {{  -1    0  }     {  1    0  }     {  0    -1  }     {  0    1  }};          pq  .  push  ({  grid  [  0  ][  0  ]     0       0  });          while     (  !  pq  .  empty  ())     {      vector   <  int  >     top     =     pq  .  top  ();      pq  .  pop  ();          int     c     =     top  [  0  ]     i     =     top  [  1  ]     j     =     top  [  2  ];          // Check for all 4 neighbouring cells.      for     (  auto     d  :     dir  )     {      int     x     =     i     +     d  [  0  ];      int     y     =     j     +     d  [  1  ];          // If cell is valid and cost to reach this cell       // from current cell is less      if     (  isValidCell  (  x       y       n  )     &&         cost  [  i  ][  j  ]  +  grid  [  x  ][  y  ]   <  cost  [  x  ][  y  ])     {          // Update cost to reach this cell.      cost  [  x  ][  y  ]     =     cost  [  i  ][  j  ]  +  grid  [  x  ][  y  ];          // Push the cell into heap.      pq  .  push  ({  cost  [  x  ][  y  ]     x       y  });      }      }      }          // Return minimum cost to       // reach bottom right cell.      return     cost  [  n  -1  ][  n  -1  ];   }   int     main  ()     {      vector   <  vector   <  int  >>     grid     =         {{  9    4    9    9  }{  6    7    6    4  }{  8    3    3    7  }{  7    4    9    10  }};          cout      < <     minimumCostPath  (  grid  )      < <     endl  ;          return     0  ;   }   
Java
   // Java program to find minimum Cost Path with    // Left Right Bottom and Up moves allowed   import     java.util.PriorityQueue  ;   import     java.util.Arrays  ;   class   GfG     {      // Function to check if cell is valid.      static     boolean     isValidCell  (  int     i       int     j       int     n  )     {      return     i     >=     0     &&     i      <     n     &&     j     >=     0     &&     j      <     n  ;      }      static     int     minimumCostPath  (  int  [][]     grid  )     {      int     n     =     grid  .  length  ;          // Min heap to implement Dijkstra      PriorityQueue   <  int  []>     pq     =         new     PriorityQueue   <>  ((  a       b  )     ->     Integer  .  compare  (  a  [  0  ]       b  [  0  ]  ));          // 2D grid to store minimum cost      // to reach every cell.      int  [][]     cost     =     new     int  [  n  ][  n  ]  ;      for     (  int  []     row     :     cost  )     {      Arrays  .  fill  (  row       Integer  .  MAX_VALUE  );      }      cost  [  0  ][  0  ]     =     grid  [  0  ][  0  ]  ;          // Direction vector to move in 4 directions      int  [][]     dir     =     {{  -  1       0  }     {  1       0  }     {  0       -  1  }     {  0       1  }};          pq  .  offer  (  new     int  []  {  grid  [  0  ][  0  ]       0       0  });          while     (  !  pq  .  isEmpty  ())     {      int  []     top     =     pq  .  poll  ();          int     c     =     top  [  0  ]       i     =     top  [  1  ]       j     =     top  [  2  ]  ;          // Check for all 4 neighbouring cells.      for     (  int  []     d     :     dir  )     {      int     x     =     i     +     d  [  0  ]  ;      int     y     =     j     +     d  [  1  ]  ;          // If cell is valid and cost to reach this cell       // from current cell is less      if     (  isValidCell  (  x       y       n  )     &&     cost  [  i  ][  j  ]     +     grid  [  x  ][  y  ]      <     cost  [  x  ][  y  ]  )     {          // Update cost to reach this cell.      cost  [  x  ][  y  ]     =     cost  [  i  ][  j  ]     +     grid  [  x  ][  y  ]  ;          // Push the cell into heap.      pq  .  offer  (  new     int  []  {  cost  [  x  ][  y  ]       x       y  });      }      }      }          // Return minimum cost to       // reach bottom right cell.      return     cost  [  n     -     1  ][  n     -     1  ]  ;      }      public     static     void     main  (  String  []     args  )     {      int  [][]     grid     =     {      {  9       4       9       9  }      {  6       7       6       4  }      {  8       3       3       7  }      {  7       4       9       10  }      };          System  .  out  .  println  (  minimumCostPath  (  grid  ));      }   }   
Python
   # Python program to find minimum Cost Path with    # Left Right Bottom and Up moves allowed   import   heapq   # Function to check if cell is valid.   def   isValidCell  (  i     j     n  ):   return   i   >=   0   and   i    <   n   and   j   >=   0   and   j    <   n   def   minimumCostPath  (  grid  ):   n   =   len  (  grid  )   # Min heap to implement Dijkstra   pq   =   []   # 2D grid to store minimum cost   # to reach every cell.   cost   =   [[  float  (  'inf'  )]   *   n   for   _   in   range  (  n  )]   cost  [  0  ][  0  ]   =   grid  [  0  ][  0  ]   # Direction vector to move in 4 directions   dir   =   [[  -  1     0  ]   [  1     0  ]   [  0     -  1  ]   [  0     1  ]]   heapq  .  heappush  (  pq     [  grid  [  0  ][  0  ]   0     0  ])   while   pq  :   c     i     j   =   heapq  .  heappop  (  pq  )   # Check for all 4 neighbouring cells.   for   d   in   dir  :   x     y   =   i   +   d  [  0  ]   j   +   d  [  1  ]   # If cell is valid and cost to reach this cell    # from current cell is less   if   isValidCell  (  x     y     n  )   and   cost  [  i  ][  j  ]   +   grid  [  x  ][  y  ]    <   cost  [  x  ][  y  ]:   # Update cost to reach this cell.   cost  [  x  ][  y  ]   =   cost  [  i  ][  j  ]   +   grid  [  x  ][  y  ]   # Push the cell into heap.   heapq  .  heappush  (  pq     [  cost  [  x  ][  y  ]   x     y  ])   # Return minimum cost to    # reach bottom right cell.   return   cost  [  n   -   1  ][  n   -   1  ]   if   __name__   ==   '__main__'  :   grid   =   [   [  9     4     9     9  ]   [  6     7     6     4  ]   [  8     3     3     7  ]   [  7     4     9     10  ]   ]   print  (  minimumCostPath  (  grid  ))   
C#
   // C# program to find minimum Cost Path with    // Left Right Bottom and Up moves allowed   using     System  ;   using     System.Collections.Generic  ;   class     GfG     {      // Function to check if cell is valid.      static     bool     isValidCell  (  int     i       int     j       int     n  )     {      return     i     >=     0     &&     i      <     n     &&     j     >=     0     &&     j      <     n  ;      }      static     int     minimumCostPath  (  int  [][]     grid  )     {      int     n     =     grid  .  Length  ;          // Min heap to implement Dijkstra      var     pq     =     new     SortedSet   <  (  int     cost       int     x       int     y  )  >  ();          // 2D grid to store minimum cost      // to reach every cell.      int  [][]     cost     =     new     int  [  n  ][];      for     (  int     i     =     0  ;     i      <     n  ;     i  ++  )     {      cost  [  i  ]     =     new     int  [  n  ];      Array  .  Fill  (  cost  [  i  ]     int  .  MaxValue  );      }      cost  [  0  ][  0  ]     =     grid  [  0  ][  0  ];          // Direction vector to move in 4 directions      int  [][]     dir     =     {     new     int  []     {  -  1       0  }     new     int  []     {  1       0  }         new     int  []     {  0       -  1  }     new     int  []     {  0       1  }     };          pq  .  Add  ((  grid  [  0  ][  0  ]     0       0  ));          while     (  pq  .  Count     >     0  )     {      var     top     =     pq  .  Min  ;      pq  .  Remove  (  top  );          int     i     =     top  .  x       j     =     top  .  y  ;          // Check for all 4 neighbouring cells.      foreach     (  var     d     in     dir  )     {      int     x     =     i     +     d  [  0  ];      int     y     =     j     +     d  [  1  ];          // If cell is valid and cost to reach this cell       // from current cell is less      if     (  isValidCell  (  x       y       n  )     &&         cost  [  i  ][  j  ]     +     grid  [  x  ][  y  ]      <     cost  [  x  ][  y  ])     {          // Update cost to reach this cell.      cost  [  x  ][  y  ]     =     cost  [  i  ][  j  ]     +     grid  [  x  ][  y  ];          // Push the cell into heap.      pq  .  Add  ((  cost  [  x  ][  y  ]     x       y  ));      }      }      }          // Return minimum cost to       // reach bottom right cell.      return     cost  [  n     -     1  ][  n     -     1  ];      }      static     void     Main  (  string  []     args  )     {      int  [][]     grid     =     new     int  [][]     {      new     int  []     {  9       4       9       9  }      new     int  []     {  6       7       6       4  }      new     int  []     {  8       3       3       7  }      new     int  []     {  7       4       9       10  }      };          Console  .  WriteLine  (  minimumCostPath  (  grid  ));      }   }   
JavaScript
   // JavaScript program to find minimum Cost Path with   // Left Right Bottom and Up moves allowed   function     comparator  (  a       b  )     {      if     (  a  [  0  ]     >     b  [  0  ])     return     -  1  ;      if     (  a  [  0  ]      <     b  [  0  ])     return     1  ;      return     0  ;   }   class     PriorityQueue     {      constructor  (  compare  )     {      this  .  heap     =     [];      this  .  compare     =     compare  ;      }      enqueue  (  value  )     {      this  .  heap  .  push  (  value  );      this  .  bubbleUp  ();      }      bubbleUp  ()     {      let     index     =     this  .  heap  .  length     -     1  ;      while     (  index     >     0  )     {      let     element     =     this  .  heap  [  index  ]      parentIndex     =     Math  .  floor  ((  index     -     1  )     /     2  )      parent     =     this  .  heap  [  parentIndex  ];      if     (  this  .  compare  (  element       parent  )      <     0  )     break  ;      this  .  heap  [  index  ]     =     parent  ;      this  .  heap  [  parentIndex  ]     =     element  ;      index     =     parentIndex  ;      }      }      dequeue  ()     {      let     max     =     this  .  heap  [  0  ];      let     end     =     this  .  heap  .  pop  ();      if     (  this  .  heap  .  length     >     0  )     {      this  .  heap  [  0  ]     =     end  ;      this  .  sinkDown  (  0  );      }      return     max  ;      }      sinkDown  (  index  )     {      let     left     =     2     *     index     +     1        right     =     2     *     index     +     2        largest     =     index  ;      if     (      left      <     this  .  heap  .  length     &&      this  .  compare  (  this  .  heap  [  left  ]     this  .  heap  [  largest  ])     >     0      )     {      largest     =     left  ;      }      if     (      right      <     this  .  heap  .  length     &&      this  .  compare  (  this  .  heap  [  right  ]     this  .  heap  [  largest  ])     >     0      )     {      largest     =     right  ;      }      if     (  largest     !==     index  )     {      [  this  .  heap  [  largest  ]     this  .  heap  [  index  ]]     =     [      this  .  heap  [  index  ]      this  .  heap  [  largest  ]      ];      this  .  sinkDown  (  largest  );      }      }      isEmpty  ()     {      return     this  .  heap  .  length     ===     0  ;      }   }   // Function to check if cell is valid.   function     isValidCell  (  i       j       n  )     {      return     i     >=     0     &&     i      <     n     &&     j     >=     0     &&     j      <     n  ;   }   function     minimumCostPath  (  grid  )     {      let     n     =     grid  .  length  ;      // Min heap to implement Dijkstra      const     pq     =     new     PriorityQueue  (  comparator  )      // 2D grid to store minimum cost      // to reach every cell.      let     cost     =     Array  .  from  ({     length  :     n     }     ()     =>     Array  (  n  ).  fill  (  Infinity  ));      cost  [  0  ][  0  ]     =     grid  [  0  ][  0  ];      // Direction vector to move in 4 directions      let     dir     =     [[  -  1       0  ]     [  1       0  ]     [  0       -  1  ]     [  0       1  ]];      pq  .  enqueue  ([  grid  [  0  ][  0  ]     0       0  ]);      while     (  !  pq  .  isEmpty  ())     {      let     [  c       i       j  ]     =     pq  .  dequeue  ();      // Check for all 4 neighbouring cells.      for     (  let     d     of     dir  )     {      let     x     =     i     +     d  [  0  ];      let     y     =     j     +     d  [  1  ];      // If cell is valid and cost to reach this cell      // from current cell is less      if     (  isValidCell  (  x       y       n  )     &&     cost  [  i  ][  j  ]     +     grid  [  x  ][  y  ]      <     cost  [  x  ][  y  ])     {      // Update cost to reach this cell.      cost  [  x  ][  y  ]     =     cost  [  i  ][  j  ]     +     grid  [  x  ][  y  ];      // Push the cell into heap.      pq  .  enqueue  ([  cost  [  x  ][  y  ]     x       y  ]);      }      }      }      // Return minimum cost to      // reach bottom right cell.      return     cost  [  n     -     1  ][  n     -     1  ];   }   let     grid     =     [      [  9       4       9       9  ]      [  6       7       6       4  ]      [  8       3       3       7  ]      [  7       4       9       10  ]      ];   console  .  log  (  minimumCostPath  (  grid  ));   

الإخراج
43  

تعقيد الوقت: يا (ن ^ 2 سجل (ن ^ 2))
المساحة المساعدة: يا (ن ^ 2 سجل (ن ^ 2))

لماذا لا يمكن استخدام البرمجة الديناميكية؟

تفشل البرمجة الديناميكية هنا لأن السماح بالحركة في الاتجاهات الأربعة يخلق دورات حيث يمكن إعادة النظر في الخلايا مما يؤدي إلى كسر افتراض البنية التحتية الأمثل. وهذا يعني أن تكلفة الوصول إلى خلية من خلية معينة ليست ثابتة ولكنها تعتمد على المسار بأكمله.

مقالات ذات صلة:

مسار التكلفة الدنيا

إنشاء اختبار