Път с максимална средна стойност

Дадена е квадратна матрица с размер N*N, където всяка клетка е свързана с конкретна цена. Пътеката се дефинира като специфична последователност от клетки, която започва от горната лява клетка и се движи само надясно или надолу и завършва в долната дясна клетка. Искаме да намерим път с максимална средна стойност за всички съществуващи пътища. Средната стойност се изчислява като общата цена, разделена на броя клетки, посетени в пътя. 

Примери:  

 Input : Matrix = [1 2 3   
4 5 6
7 8 9]
Output : 5.8
Path with maximum average is 1 -> 4 -> 7 -> 8 -> 9
Sum of the path is 29 and average is 29/5 = 5.8

Едно интересно наблюдение е, че единствените разрешени движения са надолу и надясно, имаме нужда от N-1 движения надолу и N-1 движения надясно, за да достигнем дестинацията (най-долу вдясно). Така че всеки път от горния ляв ъгъл до долния десен ъгъл изисква 2N - 1 клетки. в средно стойност знаменателят е фиксиран и трябва просто да увеличим числителя. Следователно ние основно трябва да намерим пътя на максималната сума. Изчисляването на максималната сума на пътя е класически проблем за динамично програмиране, ако dp[i][j] представлява максимална сума до клетка (i j) от (0 0), тогава във всяка клетка (i j) актуализираме dp[i][j] както е показано по-долу

 for all i 1  <= i  <= N   
dp[i][0] = dp[i-1][0] + cost[i][0];
for all j 1 <= j <= N
dp[0][j] = dp[0][j-1] + cost[0][j];
otherwise
dp[i][j] = max(dp[i-1][j] dp[i][j-1]) + cost[i][j];

След като получим максималната сума от всички пътища, ще разделим тази сума на (2N - 1) и ще получим нашата максимална средна стойност. 

Изпълнение:

C++
   //C/C++ program to find maximum average cost path   #include          using     namespace     std  ;   // Maximum number of rows and/or columns   const     int     M     =     100  ;   // method returns maximum average of all path of   // cost matrix   double     maxAverageOfPath  (  int     cost  [  M  ][  M  ]     int     N  )   {      int     dp  [  N  +  1  ][  N  +  1  ];      dp  [  0  ][  0  ]     =     cost  [  0  ][  0  ];      /* Initialize first column of total cost(dp) array */      for     (  int     i     =     1  ;     i      <     N  ;     i  ++  )      dp  [  i  ][  0  ]     =     dp  [  i  -1  ][  0  ]     +     cost  [  i  ][  0  ];      /* Initialize first row of dp array */      for     (  int     j     =     1  ;     j      <     N  ;     j  ++  )      dp  [  0  ][  j  ]     =     dp  [  0  ][  j  -1  ]     +     cost  [  0  ][  j  ];      /* Construct rest of the dp array */      for     (  int     i     =     1  ;     i      <     N  ;     i  ++  )      for     (  int     j     =     1  ;     j      <=     N  ;     j  ++  )      dp  [  i  ][  j  ]     =     max  (  dp  [  i  -1  ][  j  ]      dp  [  i  ][  j  -1  ])     +     cost  [  i  ][  j  ];      // divide maximum sum by constant path      // length : (2N - 1) for getting average      return     (  double  )  dp  [  N  -1  ][  N  -1  ]     /     (  2  *  N  -1  );   }   /* Driver program to test above functions */   int     main  ()   {      int     cost  [  M  ][  M  ]     =     {     {  1       2       3  }      {  6       5       4  }      {  7       3       9  }      };      printf  (  '%f'       maxAverageOfPath  (  cost       3  ));      return     0  ;   }   
Java
   // JAVA Code for Path with maximum average   // value   import     java.io.*  ;   class   GFG     {          // method returns maximum average of all      // path of cost matrix      public     static     double     maxAverageOfPath  (  int     cost  [][]        int     N  )      {      int     dp  [][]     =     new     int  [  N  +  1  ][  N  +  1  ]  ;      dp  [  0  ][  0  ]     =     cost  [  0  ][  0  ]  ;          /* Initialize first column of total cost(dp)    array */      for     (  int     i     =     1  ;     i      <     N  ;     i  ++  )      dp  [  i  ][  0  ]     =     dp  [  i  -  1  ][  0  ]     +     cost  [  i  ][  0  ]  ;          /* Initialize first row of dp array */      for     (  int     j     =     1  ;     j      <     N  ;     j  ++  )      dp  [  0  ][  j  ]     =     dp  [  0  ][  j  -  1  ]     +     cost  [  0  ][  j  ]  ;          /* Construct rest of the dp array */      for     (  int     i     =     1  ;     i      <     N  ;     i  ++  )      for     (  int     j     =     1  ;     j      <     N  ;     j  ++  )      dp  [  i  ][  j  ]     =     Math  .  max  (  dp  [  i  -  1  ][  j  ]        dp  [  i  ][  j  -  1  ]  )     +     cost  [  i  ][  j  ]  ;          // divide maximum sum by constant path      // length : (2N - 1) for getting average      return     (  double  )  dp  [  N  -  1  ][  N  -  1  ]     /     (  2     *     N     -     1  );      }          /* Driver program to test above function */      public     static     void     main  (  String  []     args  )         {      int     cost  [][]     =     {{  1       2       3  }      {  6       5       4  }      {  7       3       9  }};          System  .  out  .  println  (  maxAverageOfPath  (  cost       3  ));      }   }   // This code is contributed by Arnav Kr. Mandal.   
C#
   // C# Code for Path with maximum average   // value   using     System  ;   class     GFG     {          // method returns maximum average of all      // path of cost matrix      public     static     double     maxAverageOfPath  (  int     []  cost        int     N  )      {      int     []  dp     =     new     int  [  N  +  1    N  +  1  ];      dp  [  0    0  ]     =     cost  [  0    0  ];          /* Initialize first column of total cost(dp)    array */      for     (  int     i     =     1  ;     i      <     N  ;     i  ++  )      dp  [  i       0  ]     =     dp  [  i     -     1    0  ]     +     cost  [  i       0  ];          /* Initialize first row of dp array */      for     (  int     j     =     1  ;     j      <     N  ;     j  ++  )      dp  [  0       j  ]     =     dp  [  0    j     -     1  ]     +     cost  [  0       j  ];          /* Construct rest of the dp array */      for     (  int     i     =     1  ;     i      <     N  ;     i  ++  )      for     (  int     j     =     1  ;     j      <     N  ;     j  ++  )      dp  [  i       j  ]     =     Math  .  Max  (  dp  [  i     -     1       j  ]      dp  [  i    j     -     1  ])     +     cost  [  i       j  ];          // divide maximum sum by constant path      // length : (2N - 1) for getting average      return     (  double  )  dp  [  N     -     1       N     -     1  ]     /     (  2     *     N     -     1  );      }          // Driver Code      public     static     void     Main  ()         {      int     []  cost     =     {{  1       2       3  }      {  6       5       4  }      {  7       3       9  }};          Console  .  Write  (  maxAverageOfPath  (  cost       3  ));      }   }   // This code is contributed by nitin mittal.   
JavaScript
    <  script  >      // JavaScript Code for Path with maximum average value          // method returns maximum average of all      // path of cost matrix      function     maxAverageOfPath  (  cost       N  )      {      let     dp     =     new     Array  (  N  +  1  );      for     (  let     i     =     0  ;     i      <     N     +     1  ;     i  ++  )      {      dp  [  i  ]     =     new     Array  (  N     +     1  );      for     (  let     j     =     0  ;     j      <     N     +     1  ;     j  ++  )      {      dp  [  i  ][  j  ]     =     0  ;      }      }      dp  [  0  ][  0  ]     =     cost  [  0  ][  0  ];          /* Initialize first column of total cost(dp)    array */      for     (  let     i     =     1  ;     i      <     N  ;     i  ++  )      dp  [  i  ][  0  ]     =     dp  [  i  -  1  ][  0  ]     +     cost  [  i  ][  0  ];          /* Initialize first row of dp array */      for     (  let     j     =     1  ;     j      <     N  ;     j  ++  )      dp  [  0  ][  j  ]     =     dp  [  0  ][  j  -  1  ]     +     cost  [  0  ][  j  ];          /* Construct rest of the dp array */      for     (  let     i     =     1  ;     i      <     N  ;     i  ++  )      for     (  let     j     =     1  ;     j      <     N  ;     j  ++  )      dp  [  i  ][  j  ]     =     Math  .  max  (  dp  [  i  -  1  ][  j  ]      dp  [  i  ][  j  -  1  ])     +     cost  [  i  ][  j  ];          // divide maximum sum by constant path      // length : (2N - 1) for getting average      return     dp  [  N  -  1  ][  N  -  1  ]     /     (  2     *     N     -     1  );      }          let     cost     =     [[  1       2       3  ]      [  6       5       4  ]      [  7       3       9  ]];          document  .  write  (  maxAverageOfPath  (  cost       3  ));    <  /script>   
PHP
      // Php program to find maximum average cost path    // method returns maximum average of all path of    // cost matrix    function   maxAverageOfPath  (  $cost     $N  )   {   $dp   =   array  (  array  ())   ;   $dp  [  0  ][  0  ]   =   $cost  [  0  ][  0  ];   /* Initialize first column of total cost(dp) array */   for   (  $i   =   1  ;   $i    <   $N  ;   $i  ++  )   $dp  [  $i  ][  0  ]   =   $dp  [  $i  -  1  ][  0  ]   +   $cost  [  $i  ][  0  ];   /* Initialize first row of dp array */   for   (  $j   =   1  ;   $j    <   $N  ;   $j  ++  )   $dp  [  0  ][  $j  ]   =   $dp  [  0  ][  $j  -  1  ]   +   $cost  [  0  ][  $j  ];   /* Construct rest of the dp array */   for   (  $i   =   1  ;   $i    <   $N  ;   $i  ++  )   {   for   (  $j   =   1  ;   $j    <=   $N  ;   $j  ++  )   $dp  [  $i  ][  $j  ]   =   max  (  $dp  [  $i  -  1  ][  $j  ]  $dp  [  $i  ][  $j  -  1  ])   +   $cost  [  $i  ][  $j  ];   }   // divide maximum sum by constant path    // length : (2N - 1) for getting average    return   $dp  [  $N  -  1  ][  $N  -  1  ]   /   (  2  *  $N  -  1  );   }   // Driver code   $cost   =   array  (  array  (  1     2     3  )   array  (   6     5     4  )   array  (  7     3     9  )   )   ;   echo   maxAverageOfPath  (  $cost     3  )   ;   // This code is contributed by Ryuga   ?>   
Python3
   # Python program to find    # maximum average cost path   # Maximum number of rows    # and/or columns   M   =   100   # method returns maximum average of    # all path of cost matrix   def   maxAverageOfPath  (  cost     N  ):   dp   =   [[  0   for   i   in   range  (  N   +   1  )]   for   j   in   range  (  N   +   1  )]   dp  [  0  ][  0  ]   =   cost  [  0  ][  0  ]   # Initialize first column of total cost(dp) array   for   i   in   range  (  1     N  ):   dp  [  i  ][  0  ]   =   dp  [  i   -   1  ][  0  ]   +   cost  [  i  ][  0  ]   # Initialize first row of dp array   for   j   in   range  (  1     N  ):   dp  [  0  ][  j  ]   =   dp  [  0  ][  j   -   1  ]   +   cost  [  0  ][  j  ]   # Construct rest of the dp array   for   i   in   range  (  1     N  ):   for   j   in   range  (  1     N  ):   dp  [  i  ][  j  ]   =   max  (  dp  [  i   -   1  ][  j  ]   dp  [  i  ][  j   -   1  ])   +   cost  [  i  ][  j  ]   # divide maximum sum by constant path   # length : (2N - 1) for getting average   return   dp  [  N   -   1  ][  N   -   1  ]   /   (  2   *   N   -   1  )   # Driver program to test above function   cost   =   [[  1     2     3  ]   [  6     5     4  ]   [  7     3     9  ]]   print  (  maxAverageOfPath  (  cost     3  ))   # This code is contributed by Soumen Ghosh.   

Изход
5.200000  

Времева сложност : O(N 2 ) за даден вход N
Помощно пространство: O(N 2 ) за даден вход N.

Метод - 2: Без използване на допълнително N*N пространство 

Можем да използваме масив от входни разходи като dp за съхраняване на ans. така че по този начин нямаме нужда от допълнителен dp масив или никакво допълнително пространство.

Едно наблюдение е, че единствените разрешени движения са надолу и надясно, имаме нужда от N-1 движения надолу и N-1 движения надясно, за да достигнем дестинацията (най-долу вдясно). Така че всеки път от горния ляв ъгъл до долния десен ъгъл изисква 2N - 1 клетка. в средно стойност знаменателят е фиксиран и трябва просто да увеличим числителя. Следователно ние основно трябва да намерим пътя на максималната сума. Изчисляването на максималната сума на пътя е класически проблем за динамично програмиране, също така не се нуждаем от предишна стойност на cost[i][j] след изчисляване на dp[i][j], така че можем да модифицираме стойността на cost[i][j] така, че да не се нуждаем от допълнително място за dp[i][j].

 for all i 1  <= i  < N   
cost[i][0] = cost[i-1][0] + cost[i][0];
for all j 1 <= j < N
cost[0][j] = cost[0][j-1] + cost[0][j];
otherwise
cost[i][j] = max(cost[i-1][j] cost[i][j-1]) + cost[i][j];

По-долу е изпълнението на горния подход:

C++
   // C++ program to find maximum average cost path   #include          using     namespace     std  ;   // Method returns maximum average of all path of cost matrix   double     maxAverageOfPath  (  vector   <  vector   <  int  >>  cost  )   {      int     N     =     cost  .  size  ();      // Initialize first column of total cost array      for     (  int     i     =     1  ;     i      <     N  ;     i  ++  )      cost  [  i  ][  0  ]     =     cost  [  i  ][  0  ]     +     cost  [  i     -     1  ][  0  ];      // Initialize first row of array      for     (  int     j     =     1  ;     j      <     N  ;     j  ++  )      cost  [  0  ][  j  ]     =     cost  [  0  ][  j     -     1  ]     +     cost  [  0  ][  j  ];      // Construct rest of the array      for     (  int     i     =     1  ;     i      <     N  ;     i  ++  )      for     (  int     j     =     1  ;     j      <=     N  ;     j  ++  )      cost  [  i  ][  j  ]     =     max  (  cost  [  i     -     1  ][  j  ]     cost  [  i  ][  j     -     1  ])     +     cost  [  i  ][  j  ];      // divide maximum sum by constant path      // length : (2N - 1) for getting average      return     (  double  )  cost  [  N     -     1  ][  N     -     1  ]     /     (  2     *     N     -     1  );   }   // Driver program   int     main  ()   {      vector   <  vector   <  int  >>     cost     =     {{  1       2       3  }      {  6       5       4  }      {  7       3       9  }      };      cout      < <     maxAverageOfPath  (  cost  );      return     0  ;   }   
Java
   // Java program to find maximum average cost path   import     java.io.*  ;   class   GFG     {      // Method returns maximum average of all path of cost      // matrix      static     double     maxAverageOfPath  (  int  [][]     cost  )      {      int     N     =     cost  .  length  ;      // Initialize first column of total cost array      for     (  int     i     =     1  ;     i      <     N  ;     i  ++  )      cost  [  i  ][  0  ]     =     cost  [  i  ][  0  ]     +     cost  [  i     -     1  ][  0  ]  ;      // Initialize first row of array      for     (  int     j     =     1  ;     j      <     N  ;     j  ++  )      cost  [  0  ][  j  ]     =     cost  [  0  ][  j     -     1  ]     +     cost  [  0  ][  j  ]  ;      // Construct rest of the array      for     (  int     i     =     1  ;     i      <     N  ;     i  ++  )      for     (  int     j     =     1  ;     j      <     N  ;     j  ++  )      cost  [  i  ][  j  ]     =     Math  .  max  (  cost  [  i     -     1  ][  j  ]        cost  [  i  ][  j     -     1  ]  )      +     cost  [  i  ][  j  ]  ;      // divide maximum sum by constant path      // length : (2N - 1) for getting average      return     (  double  )  cost  [  N     -     1  ][  N     -     1  ]     /     (  2     *     N     -     1  );      }      // Driver program      public     static     void     main  (  String  []     args  )      {      int  [][]     cost      =     {     {     1       2       3     }     {     6       5       4     }     {     7       3       9     }     };      System  .  out  .  println  (  maxAverageOfPath  (  cost  ));      }   }   // This code is contributed by karandeep1234   
C#
   // C# program to find maximum average cost path   using     System  ;   class     GFG     {      // Method returns maximum average of all path of cost      // matrix      static     double     maxAverageOfPath  (  int  [     ]     cost  )      {      int     N     =     cost  .  GetLength  (  0  );      // Initialize first column of total cost array      for     (  int     i     =     1  ;     i      <     N  ;     i  ++  )      cost  [  i       0  ]     =     cost  [  i       0  ]     +     cost  [  i     -     1       0  ];      // Initialize first row of array      for     (  int     j     =     1  ;     j      <     N  ;     j  ++  )      cost  [  0       j  ]     =     cost  [  0       j     -     1  ]     +     cost  [  0       j  ];      // Construct rest of the array      for     (  int     i     =     1  ;     i      <     N  ;     i  ++  )      for     (  int     j     =     1  ;     j      <     N  ;     j  ++  )      cost  [  i       j  ]     =     Math  .  Max  (  cost  [  i     -     1       j  ]      cost  [  i       j     -     1  ])      +     cost  [  i       j  ];      // divide maximum sum by constant path      // length : (2N - 1) for getting average      return     (  double  )  cost  [  N     -     1       N     -     1  ]     /     (  2     *     N     -     1  );      }      // Driver program      static     void     Main  (  string  []     args  )      {      int  [     ]     cost      =     {     {     1       2       3     }     {     6       5       4     }     {     7       3       9     }     };      Console  .  WriteLine  (  maxAverageOfPath  (  cost  ));      }   }   // This code is contributed by karandeep1234   
JavaScript
   // Method returns maximum average of all path of cost matrix   function     maxAverageOfPath  (  cost  )   {      let     N     =     cost  .  length  ;      // Initialize first column of total cost array      for     (  let     i     =     1  ;     i      <     N  ;     i  ++  )      cost  [  i  ][  0  ]     =     cost  [  i  ][  0  ]     +     cost  [  i     -     1  ][  0  ];      // Initialize first row of array      for     (  let     j     =     1  ;     j      <     N  ;     j  ++  )      cost  [  0  ][  j  ]     =     cost  [  0  ][  j     -     1  ]     +     cost  [  0  ][  j  ];      // Construct rest of the array      for     (  let     i     =     1  ;     i      <     N  ;     i  ++  )      for     (  let     j     =     1  ;     j      <=     N  ;     j  ++  )      cost  [  i  ][  j  ]     =     Math  .  max  (  cost  [  i     -     1  ][  j  ]     cost  [  i  ][  j     -     1  ])     +     cost  [  i  ][  j  ];      // divide maximum sum by constant path      // length : (2N - 1) for getting average      return     (  cost  [  N     -     1  ][  N     -     1  ])     /     (  2.0     *     N     -     1  );   }   // Driver program   let     cost     =     [[  1       2       3  ]      [  6       5       4  ]      [  7       3       9  ]];   console  .  log  (  maxAverageOfPath  (  cost  ))   // This code is contributed by karandeep1234.   
Python3
   # Python program to find maximum average cost path   from   typing   import   List   def   maxAverageOfPath  (  cost  :   List  [  List  [  int  ]])   ->   float  :   N   =   len  (  cost  )   # Initialize first column of total cost array   for   i   in   range  (  1     N  ):   cost  [  i  ][  0  ]   =   cost  [  i  ][  0  ]   +   cost  [  i   -   1  ][  0  ]   # Initialize first row of array   for   j   in   range  (  1     N  ):   cost  [  0  ][  j  ]   =   cost  [  0  ][  j   -   1  ]   +   cost  [  0  ][  j  ]   # Construct rest of the array   for   i   in   range  (  1     N  ):   for   j   in   range  (  1     N  ):   cost  [  i  ][  j  ]   =   max  (  cost  [  i   -   1  ][  j  ]   cost  [  i  ][  j   -   1  ])   +   cost  [  i  ][  j  ]   # divide maximum sum by constant path   # length : (2N - 1) for getting average   return   cost  [  N   -   1  ][  N   -   1  ]   /   (  2   *   N   -   1  )   # Driver program   def   main  ():   cost   =   [[  1     2     3  ]   [  6     5     4  ]   [  7     3     9  ]]   print  (  maxAverageOfPath  (  cost  ))   if   __name__   ==   '__main__'  :   main  ()   

Изход
5.2  

Времева сложност: O(N*N)
Помощно пространство: О(1)

 


Топ Статии

Категория