C++回溯算法廣度優(yōu)先搜索舉例分析
迷宮問題
假設有一個迷宮，里面有障礙物，迷宮用二維矩陣表示，標記為0的地方表示可以通過，標記為1的地方表示障礙物，不能通過?，F(xiàn)在給一個迷宮出口，讓你判斷是否可以從入口進來之后，走出迷宮，每次可以向任意方向走。
代碼實現(xiàn)：
namespace BFS {
struct pair {
int _x;
int _y;
pair(int x, int y)
:_x(x)
, _y(y)
{}
};
bool mapBFS(vector<vector<int>> mat, int sx, int sy, int ex, int ey)
{
int row = mat.size();
int col = mat[0].size();
queue<pair> q;
q.push(pair(sx, sy));
vector<vector<int>> book(row, vector<int>(col, 0));
book[sx][sy] = 1;
int nextP[4][2] = { { -1, 0 }, { 1, 0 }, { 0, -1 }, { 0, 1 } };
while (!q.empty())
{
pair curPos = q.front();
q.pop();
if (curPos._x == ex && curPos._y == ey)
return true;
//一個點的所有可能延伸的點
for (int i = 0; i < 4; i++)
{
int curX = curPos._x + nextP[i][0];
int curY = curPos._y + nextP[i][1];
if (curX < 0 || curX >= row || curY < 0 || curY >= col)
continue;
//沒有走過且不是障礙物
if (mat[curX][curY] == 0 && book[curX][curY] == 0)
{
book[curX][curY] = 1;
//保存新的位置
q.push(pair(curX, curY));
}
}
}
return false;
}
}
int main()
{
vector<vector<int>> mat{ {0, 0, 1, 0},
{1, 0, 0, 1},
{0, 0, 0, 0},
{1, 1, 0, 0} };
int sx, sy, ex, ey;
cin >> sx >> sy >> ex >> ey;
cout << BFS::mapBFS(mat, sx, sy, ex, ey);
return 0;
}
N叉樹的層序遍歷
問題描述：
給定一個 N 叉樹，返回其節(jié)點值的層序遍歷。（即從左到右，逐層遍歷）。 樹的序列化輸入是用層序遍歷，每組子節(jié)點都由 null 值分隔（參見示例）。
代碼實現(xiàn)：
/*
// Definition for a Node.
class Node {
public:
int val;
vector<Node*> children;
Node() {}
Node(int _val) {
val = _val;
}
Node(int _val, vector<Node*> _children) {
val = _val;
children = _children;
}
};
*/
class Solution {
public:
vector<vector<int>> levelOrder(Node* root) {
vector<vector<int>> result;
if(!root)
return result;
queue<Node*> q;
q.push(root);
while(!q.empty())
{
//獲取隊列中的元素個數(shù)
int sz = q.size();
vector<int> rowV;
while(sz--)
{
//保存當前元素在同一行
Node* node = q.front();
q.pop();
rowV.push_back(node->val);
//當前元素的孩子結點入隊
for(auto e : node->children)
{
q.push(e);
}
}
result.push_back(rowV);
}
return result;
}
};
腐爛的橘子
問題描述：
在給定的網(wǎng)格中，每個單元格可以有以下三個值之一：
值 0 代表空單元格；
值 1 代表新鮮橘子；
值 2 代表腐爛的橘子。
每分鐘，任何與腐爛的橘子（在 4 個正方向上）相鄰的新鮮橘子都會腐爛。
返回直到單元格中沒有新鮮橘子為止所必須經(jīng)過的最小分鐘數(shù)。如果不可能，返回 -1。
本題可以先找到所有的腐爛橘子入隊，用第一批帶出新一批腐爛的橘子。 每一批橘子都會在一分鐘之內腐爛，所以此題可以轉化為求BFS執(zhí)行的大循環(huán)的次數(shù)。這里的step的更新需要有一個標記，只有新的腐爛的橘子加入，step才++ 最后BFS執(zhí)行完，說明所有可以被腐爛的都完成了，再去遍歷grid，如果還有值為1的，說明沒有辦法全部腐爛，返回-1，如果沒有，則返回step
代碼實現(xiàn)：
class Solution {
public:
int orangesRotting(vector<vector<int>>& grid) {
int step = 0;
int row = grid.size();
int col = grid[0].size();
queue<pair<int, int>> q;
//把所有腐爛的橘子入隊
for(int i = 0; i < row; i++){
for(int j = 0; j < col; j++){
if(grid[i][j] == 2)
q.push(make_pair(i, j));
}
}
static int nextP[4][2] = {{-1, 0}, {1, 0}, {0, -1}, {0 ,1}};
while(!q.empty()){
int sz = q.size();
bool flag = false;
while(sz--){
pair curPos = q.front();
q.pop();
for(int i = 0; i < 4; i++){
int curX = curPos.first + nextP[i][0];
int curY = curPos.second + nextP[i][1];
if(curX < 0 || curX >= row || curY < 0 || curY >= col)
continue;
if(grid[curX][curY] == 1){
flag = true;
grid[curX][curY] = 2;
q.push(make_pair(curX, curY));
}
}
}
if(flag)
++step;
}
for(int i = 0; i < row; i++){
for(int j = 0; j < col; j++){
if(grid[i][j] == 1)
return -1;
}
}
return step;
}
};
單詞接龍
問題描述：
字典 wordList 中從單詞 beginWord 和 endWord 的 轉換序列 是一個按下述規(guī)格形成的序列：
序列中第一個單詞是 beginWord 。
序列中最后一個單詞是 endWord 。
每次轉換只能改變一個字母。
轉換過程中的中間單詞必須是字典 wordList 中的單詞。
給你兩個單詞 beginWord 和 endWord 和一個字典 wordList ，找到從 beginWord 到 endWord 的 最短轉換序列 中的 單詞數(shù)目 。如果不存在這樣的轉換序列，返回 0。
示例 1：
輸入：beginWord = “hit”, endWord = “cog”, wordList = [“hot”,“dot”,“dog”,“l(fā)ot”,“l(fā)og”,“cog”]
輸出：5
解釋：一個最短轉換序列是 “hit” -> “hot” -> “dot” -> “dog” -> “cog”, 返回它的長度 5。
1.通過BFS，首先用beginWord帶出轉換一個字符之后所有可能的結果
2.每一步都要把隊列中上一步添加的所有單詞轉換一遍，最短的轉換肯定在這些單詞中，所有這些詞的轉換只能算一次轉換，因為都是上一步轉換出來的，這里對于每個單詞的每個位置都可以用26個字母進行轉換，所以一個單詞一次轉換的可能有：單詞的長度*25
3.把轉換成功的新詞入隊，進行下一步的轉換
4.最后整個轉換的長度就和BFS執(zhí)行的次數(shù)相同
需要判斷單詞有沒有被搜索過，是一個查詢的過程，可以用哈希表
代碼實現(xiàn)：
class Solution {
public:
int ladderLength(string beginWord, string endWord, vector<string>& wordList) {
int step = 1;
unordered_set<string> book;
unordered_set<string> dict;
book.insert(beginWord);
for(string& ch : wordList)
dict.insert(ch);
queue<string> q;
q.push(beginWord);
while(!q.empty()){
int size = q.size();
while(size--){
string curStr = q.front();
q.pop();
if(curStr == endWord)
return step;
for(int i = 0; i < curStr.size(); i++){
string str1 = curStr;
for(char ch = 'a'; ch <= 'z'; ++ch){
str1[i] = ch;
//判斷新的單詞是否在詞典中，且沒被搜索過
if(dict.find(str1) != dict.end()
&& book.find(str1) == book.end()){
q.push(str1);
book.insert(str1);
}
}
}
}
++step;
}
return 0;
}
};
打開轉盤鎖
問題描述：
你有一個帶有四個圓形撥輪的轉盤鎖。每個撥輪都有10個數(shù)字： ‘0', ‘1', ‘2', ‘3', ‘4', ‘5', ‘6', ‘7', ‘8', ‘9' 。每個撥輪可以自由旋轉：例如把 ‘9' 變?yōu)?‘0'，‘0' 變?yōu)?‘9' 。每次旋轉都只能旋轉一個撥輪的一位數(shù)字。
鎖的初始數(shù)字為 ‘0000' ，一個代表四個撥輪的數(shù)字的字符串。
列表 deadends 包含了一組死亡數(shù)字，一旦撥輪的數(shù)字和列表里的任何一個元素相同，這個鎖將會被永久鎖定，無法再被旋轉。
字符串 target 代表可以解鎖的數(shù)字，你需要給出解鎖需要的最小旋轉次數(shù)，如果無論如何不能解鎖，返回 -1 。
深度優(yōu)先不適合此題，遞歸深度太大，會導致棧溢出。
本題的密碼為4位密碼，每位密碼可以通過撥動一次進行改變，注意這里的數(shù)的回環(huán)以及撥動的方向撥動方向：向前，向后。
回環(huán)：如果當前是9，0時，向前，向后撥動需要變成最小最大，而不是簡單的自加自減。
0000一步旋轉后的結果有：
0001 0009 0010 0090 0100 0900 1000 9000
代碼實現(xiàn)：
class Solution {
public:
int openLock(vector<string>& deadends, string target) {
unordered_set<string> deaddict(deadends.begin(), deadends.end());
//如果0000在死亡數(shù)字中，則永遠也到不了
if(deaddict.find("0000") != deaddict.end())
return -1;
queue<string> q;
q.push("0000");
//添加標記，已經(jīng)搜索過的字符不再搜索
unordered_set<string> book;
book.insert("0000");
int step = 0;
while(!q.empty()){
int size = q.size();
while(size--){
string curStr = q.front();
q.pop();
if(curStr == target)
return step;
for(int i = 0; i < 4; i++){
string s1 = curStr;
string s2 = curStr;
//向前或向后旋轉
s1[i] = s1[i] =='0' ? '9' : --s1[i];
s2[i] = s2[i] =='9' ? '0' : ++s2[i];
if(deaddict.find(s1) == deaddict.end()
&& book.find(s1) == book.end()){
q.push(s1);
book.insert(s1);
}
if(deaddict.find(s2) == deaddict.end()
&& book.find(s2) == book.end()){
q.push(s2);
book.insert(s2);
}
}
}
++step;
}
return -1;
}
};
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