Cel mai lung traseu posibil într-o matrice cu obstacole
Încercați-l pe GfG Practice 
Ieșire
Ieșire
Având în vedere o matrice binară 2D împreună cu[][] unde unele celule sunt obstacole (notate prin 0 ) iar restul sunt celule libere (notate cu 1 ) sarcina dvs. este să găsiți lungimea celei mai lungi rute posibile dintr-o celulă sursă (xs ys) la o celulă destinație (xd yd) .
- Vă puteți deplasa doar la celulele adiacente (sus jos, stânga, dreapta).
- Mișcările în diagonală nu sunt permise.
- O celulă vizitată odată într-o cale nu poate fi reexaminată în aceeași cale.
- Daca este imposibil sa ajungi la destinatie intoarce-te
-1.
Exemple:
Intrare: xs = 0 ys = 0 xd = 1 yd = 7
cu[][] = [ [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]
[1 1 0 1 1 0 1 1 0 1]
[1 1 1 1 1 1 1 1 1 1] ]
Ieșire: 24
Explicaţie:
Intrare: xs = 0 ys = 3 xd = 2 yd = 2
cu[][] =[ [1 0 0 1 0]
[0 0 0 1 0]
[0 1 1 0 0] ]
Ieșire: -1
Explicaţie:
Putem vedea că este imposibil
ajunge la celula (22) din (03).
Cuprins
- [Abordare] Utilizarea backtracking cu matrice vizitată
- [Abordare optimizată] Fără a folosi spațiu suplimentar
[Abordare] Utilizarea backtracking cu matrice vizitată
CPPIdeea este de a folosi Întoarcerea înapoi . Pornim de la celula sursă a matricei, mergem înainte în toate cele patru direcții permise și verificăm recursiv dacă duc la soluție sau nu. Dacă se găsește destinația, actualizăm valoarea celei mai lungi căi, altfel dacă niciuna dintre soluțiile de mai sus nu funcționează, returnăm false din funcția noastră.
#include #include #include #include using namespace std ; // Function to find the longest path using backtracking int dfs ( vector < vector < int >> & mat vector < vector < bool >> & visited int i int j int x int y ) { int m = mat . size (); int n = mat [ 0 ]. size (); // If destination is reached if ( i == x && j == y ) { return 0 ; } // If cell is invalid blocked or already visited if ( i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat [ i ][ j ] == 0 || visited [ i ][ j ]) { return -1 ; } // Mark current cell as visited visited [ i ][ j ] = true ; int maxPath = -1 ; // Four possible moves: up down left right int row [] = { -1 1 0 0 }; int col [] = { 0 0 -1 1 }; for ( int k = 0 ; k < 4 ; k ++ ) { int ni = i + row [ k ]; int nj = j + col [ k ]; int pathLength = dfs ( mat visited ni nj x y ); // If a valid path is found from this direction if ( pathLength != -1 ) { maxPath = max ( maxPath 1 + pathLength ); } } // Backtrack - unmark current cell visited [ i ][ j ] = false ; return maxPath ; } int findLongestPath ( vector < vector < int >> & mat int xs int ys int xd int yd ) { int m = mat . size (); int n = mat [ 0 ]. size (); // Check if source or destination is blocked if ( mat [ xs ][ ys ] == 0 || mat [ xd ][ yd ] == 0 ) { return -1 ; } vector < vector < bool >> visited ( m vector < bool > ( n false )); return dfs ( mat visited xs ys xd yd ); } int main () { vector < vector < int >> mat = { { 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 } { 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 } { 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 } }; int xs = 0 ys = 0 ; int xd = 1 yd = 7 ; int result = findLongestPath ( mat xs ys xd yd ); if ( result != -1 ) cout < < result < < endl ; else cout < < -1 < < endl ; return 0 ; }
Java import java.util.Arrays ; public class GFG { // Function to find the longest path using backtracking public static int dfs ( int [][] mat boolean [][] visited int i int j int x int y ) { int m = mat . length ; int n = mat [ 0 ] . length ; // If destination is reached if ( i == x && j == y ) { return 0 ; } // If cell is invalid blocked or already visited if ( i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat [ i ][ j ] == 0 || visited [ i ][ j ] ) { return - 1 ; // Invalid path } // Mark current cell as visited visited [ i ][ j ] = true ; int maxPath = - 1 ; // Four possible moves: up down left right int [] row = { - 1 1 0 0 }; int [] col = { 0 0 - 1 1 }; for ( int k = 0 ; k < 4 ; k ++ ) { int ni = i + row [ k ] ; int nj = j + col [ k ] ; int pathLength = dfs ( mat visited ni nj x y ); // If a valid path is found from this direction if ( pathLength != - 1 ) { maxPath = Math . max ( maxPath 1 + pathLength ); } } // Backtrack - unmark current cell visited [ i ][ j ] = false ; return maxPath ; } public static int findLongestPath ( int [][] mat int xs int ys int xd int yd ) { int m = mat . length ; int n = mat [ 0 ] . length ; // Check if source or destination is blocked if ( mat [ xs ][ ys ] == 0 || mat [ xd ][ yd ] == 0 ) { return - 1 ; } boolean [][] visited = new boolean [ m ][ n ] ; return dfs ( mat visited xs ys xd yd ); } public static void main ( String [] args ) { int [][] mat = { { 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 } { 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 } { 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 } }; int xs = 0 ys = 0 ; int xd = 1 yd = 7 ; int result = findLongestPath ( mat xs ys xd yd ); if ( result != - 1 ) System . out . println ( result ); else System . out . println ( - 1 ); } }
Python # Function to find the longest path using backtracking def dfs ( mat visited i j x y ): m = len ( mat ) n = len ( mat [ 0 ]) # If destination is reached if i == x and j == y : return 0 # If cell is invalid blocked or already visited if i < 0 or i >= m or j < 0 or j >= n or mat [ i ][ j ] == 0 or visited [ i ][ j ]: return - 1 # Invalid path # Mark current cell as visited visited [ i ][ j ] = True maxPath = - 1 # Four possible moves: up down left right row = [ - 1 1 0 0 ] col = [ 0 0 - 1 1 ] for k in range ( 4 ): ni = i + row [ k ] nj = j + col [ k ] pathLength = dfs ( mat visited ni nj x y ) # If a valid path is found from this direction if pathLength != - 1 : maxPath = max ( maxPath 1 + pathLength ) # Backtrack - unmark current cell visited [ i ][ j ] = False return maxPath def findLongestPath ( mat xs ys xd yd ): m = len ( mat ) n = len ( mat [ 0 ]) # Check if source or destination is blocked if mat [ xs ][ ys ] == 0 or mat [ xd ][ yd ] == 0 : return - 1 visited = [[ False for _ in range ( n )] for _ in range ( m )] return dfs ( mat visited xs ys xd yd ) def main (): mat = [ [ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ] [ 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 ] [ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ] ] xs ys = 0 0 xd yd = 1 7 result = findLongestPath ( mat xs ys xd yd ) if result != - 1 : print ( result ) else : print ( - 1 ) if __name__ == '__main__' : main ()
C# using System ; class GFG { // Function to find the longest path using backtracking static int dfs ( int [] mat bool [] visited int i int j int x int y ) { int m = mat . GetLength ( 0 ); int n = mat . GetLength ( 1 ); // If destination is reached if ( i == x && j == y ) { return 0 ; } // If cell is invalid blocked or already visited if ( i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat [ i j ] == 0 || visited [ i j ]) { return - 1 ; // Invalid path } // Mark current cell as visited visited [ i j ] = true ; int maxPath = - 1 ; // Four possible moves: up down left right int [] row = { - 1 1 0 0 }; int [] col = { 0 0 - 1 1 }; for ( int k = 0 ; k < 4 ; k ++ ) { int ni = i + row [ k ]; int nj = j + col [ k ]; int pathLength = dfs ( mat visited ni nj x y ); // If a valid path is found from this direction if ( pathLength != - 1 ) { maxPath = Math . Max ( maxPath 1 + pathLength ); } } // Backtrack - unmark current cell visited [ i j ] = false ; return maxPath ; } static int FindLongestPath ( int [] mat int xs int ys int xd int yd ) { int m = mat . GetLength ( 0 ); int n = mat . GetLength ( 1 ); // Check if source or destination is blocked if ( mat [ xs ys ] == 0 || mat [ xd yd ] == 0 ) { return - 1 ; } bool [] visited = new bool [ m n ]; return dfs ( mat visited xs ys xd yd ); } static void Main () { int [] mat = { { 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 } { 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 } { 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 } }; int xs = 0 ys = 0 ; int xd = 1 yd = 7 ; int result = FindLongestPath ( mat xs ys xd yd ); if ( result != - 1 ) Console . WriteLine ( result ); else Console . WriteLine ( - 1 ); } }
JavaScript // Function to find the longest path using backtracking function dfs ( mat visited i j x y ) { const m = mat . length ; const n = mat [ 0 ]. length ; // If destination is reached if ( i === x && j === y ) { return 0 ; } // If cell is invalid blocked or already visited if ( i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat [ i ][ j ] === 0 || visited [ i ][ j ]) { return - 1 ; } // Mark current cell as visited visited [ i ][ j ] = true ; let maxPath = - 1 ; // Four possible moves: up down left right const row = [ - 1 1 0 0 ]; const col = [ 0 0 - 1 1 ]; for ( let k = 0 ; k < 4 ; k ++ ) { const ni = i + row [ k ]; const nj = j + col [ k ]; const pathLength = dfs ( mat visited ni nj x y ); // If a valid path is found from this direction if ( pathLength !== - 1 ) { maxPath = Math . max ( maxPath 1 + pathLength ); } } // Backtrack - unmark current cell visited [ i ][ j ] = false ; return maxPath ; } function findLongestPath ( mat xs ys xd yd ) { const m = mat . length ; const n = mat [ 0 ]. length ; // Check if source or destination is blocked if ( mat [ xs ][ ys ] === 0 || mat [ xd ][ yd ] === 0 ) { return - 1 ; } const visited = Array ( m ). fill (). map (() => Array ( n ). fill ( false )); return dfs ( mat visited xs ys xd yd ); } const mat = [ [ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ] [ 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 ] [ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ] ]; const xs = 0 ys = 0 ; const xd = 1 yd = 7 ; const result = findLongestPath ( mat xs ys xd yd ); if ( result !== - 1 ) console . log ( result ); else console . log ( - 1 );
Ieșire
24
Complexitatea timpului: O(4^(m*n)) Pentru fiecare celulă din matricea m x n algoritmul explorează până la patru direcții posibile (sus jos stânga dreapta) care conduc la un număr exponențial de căi. În cel mai rău caz, explorează toate căile posibile, rezultând o complexitate de timp de 4^(m*n).
Spațiu auxiliar: O(m*n) Algoritmul folosește o matrice m x n vizitată pentru a urmări celulele vizitate și o stivă recursive care poate crește până la o adâncime de m * n în cel mai rău caz (de exemplu, atunci când explorează o cale care acoperă toate celulele). Astfel, spațiul auxiliar este O(m*n).
[Abordare optimizată] Fără a folosi spațiu suplimentar
În loc să menținem o matrice separată vizitată, putem reutilizați matricea de intrare pentru a marca celulele vizitate în timpul traversării. Acest lucru economisește spațiu suplimentar și ne asigură totuși că nu revedem aceeași celulă într-o cale.
Mai jos este abordarea pas cu pas:
- Începeți de la celula sursă
(xs ys). - La fiecare pas, explorați toate cele patru direcții posibile (dreapta în jos, stânga în sus).
- Pentru fiecare mutare valabilă:
- Verificați limitele și asigurați-vă că celula are valoare
1(celula liberă). - Marcați celula ca vizitată setând-o temporar la
0. - Recurgeți în celula următoare și creșteți lungimea căii.
- Verificați limitele și asigurați-vă că celula are valoare
- Dacă celula destinaţie
(xd yd)este atins comparați lungimea curentă a căii cu cea maximă de până acum și actualizați răspunsul. - Backtrack: restaurați valoarea inițială a celulei (
1) înainte de a vă întoarce pentru a permite altor căi să-l exploreze. - Continuați să explorați până când sunt vizitate toate căile posibile.
- Returnează lungimea maximă a căii. Dacă destinația este inaccesibilă, întoarceți-vă
-1
#include #include #include #include using namespace std ; // Function to find the longest path using backtracking without extra space int dfs ( vector < vector < int >> & mat int i int j int x int y ) { int m = mat . size (); int n = mat [ 0 ]. size (); // If destination is reached if ( i == x && j == y ) { return 0 ; } // If cell is invalid or blocked (0 means blocked or visited) if ( i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat [ i ][ j ] == 0 ) { return -1 ; } // Mark current cell as visited by temporarily setting it to 0 mat [ i ][ j ] = 0 ; int maxPath = -1 ; // Four possible moves: up down left right int row [] = { -1 1 0 0 }; int col [] = { 0 0 -1 1 }; for ( int k = 0 ; k < 4 ; k ++ ) { int ni = i + row [ k ]; int nj = j + col [ k ]; int pathLength = dfs ( mat ni nj x y ); // If a valid path is found from this direction if ( pathLength != -1 ) { maxPath = max ( maxPath 1 + pathLength ); } } // Backtrack - restore the cell's original value (1) mat [ i ][ j ] = 1 ; return maxPath ; } int findLongestPath ( vector < vector < int >> & mat int xs int ys int xd int yd ) { int m = mat . size (); int n = mat [ 0 ]. size (); // Check if source or destination is blocked if ( mat [ xs ][ ys ] == 0 || mat [ xd ][ yd ] == 0 ) { return -1 ; } return dfs ( mat xs ys xd yd ); } int main () { vector < vector < int >> mat = { { 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 } { 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 } { 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 } }; int xs = 0 ys = 0 ; int xd = 1 yd = 7 ; int result = findLongestPath ( mat xs ys xd yd ); if ( result != -1 ) cout < < result < < endl ; else cout < < -1 < < endl ; return 0 ; }
Java public class GFG { // Function to find the longest path using backtracking without extra space public static int dfs ( int [][] mat int i int j int x int y ) { int m = mat . length ; int n = mat [ 0 ] . length ; // If destination is reached if ( i == x && j == y ) { return 0 ; } // If cell is invalid or blocked (0 means blocked or visited) if ( i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat [ i ][ j ] == 0 ) { return - 1 ; } // Mark current cell as visited by temporarily setting it to 0 mat [ i ][ j ] = 0 ; int maxPath = - 1 ; // Four possible moves: up down left right int [] row = { - 1 1 0 0 }; int [] col = { 0 0 - 1 1 }; for ( int k = 0 ; k < 4 ; k ++ ) { int ni = i + row [ k ] ; int nj = j + col [ k ] ; int pathLength = dfs ( mat ni nj x y ); // If a valid path is found from this direction if ( pathLength != - 1 ) { maxPath = Math . max ( maxPath 1 + pathLength ); } } // Backtrack - restore the cell's original value (1) mat [ i ][ j ] = 1 ; return maxPath ; } public static int findLongestPath ( int [][] mat int xs int ys int xd int yd ) { int m = mat . length ; int n = mat [ 0 ] . length ; // Check if source or destination is blocked if ( mat [ xs ][ ys ] == 0 || mat [ xd ][ yd ] == 0 ) { return - 1 ; } return dfs ( mat xs ys xd yd ); } public static void main ( String [] args ) { int [][] mat = { { 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 } { 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 } { 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 } }; int xs = 0 ys = 0 ; int xd = 1 yd = 7 ; int result = findLongestPath ( mat xs ys xd yd ); if ( result != - 1 ) System . out . println ( result ); else System . out . println ( - 1 ); } }
Python # Function to find the longest path using backtracking without extra space def dfs ( mat i j x y ): m = len ( mat ) n = len ( mat [ 0 ]) # If destination is reached if i == x and j == y : return 0 # If cell is invalid or blocked (0 means blocked or visited) if i < 0 or i >= m or j < 0 or j >= n or mat [ i ][ j ] == 0 : return - 1 # Mark current cell as visited by temporarily setting it to 0 mat [ i ][ j ] = 0 maxPath = - 1 # Four possible moves: up down left right row = [ - 1 1 0 0 ] col = [ 0 0 - 1 1 ] for k in range ( 4 ): ni = i + row [ k ] nj = j + col [ k ] pathLength = dfs ( mat ni nj x y ) # If a valid path is found from this direction if pathLength != - 1 : maxPath = max ( maxPath 1 + pathLength ) # Backtrack - restore the cell's original value (1) mat [ i ][ j ] = 1 return maxPath def findLongestPath ( mat xs ys xd yd ): m = len ( mat ) n = len ( mat [ 0 ]) # Check if source or destination is blocked if mat [ xs ][ ys ] == 0 or mat [ xd ][ yd ] == 0 : return - 1 return dfs ( mat xs ys xd yd ) def main (): mat = [ [ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ] [ 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 ] [ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ] ] xs ys = 0 0 xd yd = 1 7 result = findLongestPath ( mat xs ys xd yd ) if result != - 1 : print ( result ) else : print ( - 1 ) if __name__ == '__main__' : main ()
C# using System ; class GFG { // Function to find the longest path using backtracking without extra space static int dfs ( int [] mat int i int j int x int y ) { int m = mat . GetLength ( 0 ); int n = mat . GetLength ( 1 ); // If destination is reached if ( i == x && j == y ) { return 0 ; } // If cell is invalid or blocked (0 means blocked or visited) if ( i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat [ i j ] == 0 ) { return - 1 ; } // Mark current cell as visited by temporarily setting it to 0 mat [ i j ] = 0 ; int maxPath = - 1 ; // Four possible moves: up down left right int [] row = { - 1 1 0 0 }; int [] col = { 0 0 - 1 1 }; for ( int k = 0 ; k < 4 ; k ++ ) { int ni = i + row [ k ]; int nj = j + col [ k ]; int pathLength = dfs ( mat ni nj x y ); // If a valid path is found from this direction if ( pathLength != - 1 ) { maxPath = Math . Max ( maxPath 1 + pathLength ); } } // Backtrack - restore the cell's original value (1) mat [ i j ] = 1 ; return maxPath ; } static int FindLongestPath ( int [] mat int xs int ys int xd int yd ) { // Check if source or destination is blocked if ( mat [ xs ys ] == 0 || mat [ xd yd ] == 0 ) { return - 1 ; } return dfs ( mat xs ys xd yd ); } static void Main () { int [] mat = { { 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 } { 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 } { 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 } }; int xs = 0 ys = 0 ; int xd = 1 yd = 7 ; int result = FindLongestPath ( mat xs ys xd yd ); if ( result != - 1 ) Console . WriteLine ( result ); else Console . WriteLine ( - 1 ); } }
JavaScript // Function to find the longest path using backtracking without extra space function dfs ( mat i j x y ) { const m = mat . length ; const n = mat [ 0 ]. length ; // If destination is reached if ( i === x && j === y ) { return 0 ; } // If cell is invalid or blocked (0 means blocked or visited) if ( i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat [ i ][ j ] === 0 ) { return - 1 ; } // Mark current cell as visited by temporarily setting it to 0 mat [ i ][ j ] = 0 ; let maxPath = - 1 ; // Four possible moves: up down left right const row = [ - 1 1 0 0 ]; const col = [ 0 0 - 1 1 ]; for ( let k = 0 ; k < 4 ; k ++ ) { const ni = i + row [ k ]; const nj = j + col [ k ]; const pathLength = dfs ( mat ni nj x y ); // If a valid path is found from this direction if ( pathLength !== - 1 ) { maxPath = Math . max ( maxPath 1 + pathLength ); } } // Backtrack - restore the cell's original value (1) mat [ i ][ j ] = 1 ; return maxPath ; } function findLongestPath ( mat xs ys xd yd ) { const m = mat . length ; const n = mat [ 0 ]. length ; // Check if source or destination is blocked if ( mat [ xs ][ ys ] === 0 || mat [ xd ][ yd ] === 0 ) { return - 1 ; } return dfs ( mat xs ys xd yd ); } const mat = [ [ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ] [ 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 ] [ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ] ]; const xs = 0 ys = 0 ; const xd = 1 yd = 7 ; const result = findLongestPath ( mat xs ys xd yd ); if ( result !== - 1 ) console . log ( result ); else console . log ( - 1 );
Ieșire
24
Complexitatea timpului: O(4^(m*n))Algoritmul explorează încă până la patru direcții per celulă în matricea m x n, rezultând un număr exponențial de căi. Modificarea in loc nu afectează numărul de căi explorate, astfel încât complexitatea timpului rămâne 4^(m*n).
Spațiu auxiliar: O(m*n) În timp ce matricea vizitată este eliminată prin modificarea matricei de intrare în loc, stiva de recursivitate necesită încă spațiu O(m*n), deoarece adâncimea maximă de recursivitate poate fi m * n în cel mai rău caz (de exemplu, o cale care vizitează toate celulele dintr-o grilă cu majoritatea 1s).
