Gas Station (环形加油站)

博客探讨了LeetCode上的'环形加油站'问题,解释了一个原创算法,该算法以O(n)的时间复杂度遍历所有加油站,寻找可行的起点。文章还提供了另一种优雅的Java实现方案,并附带了问题的数学证明,强调至少存在一个加油站能让汽车完成环行。

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题目:有n个加油站首尾相连成一个圆,已知每个加油站的油量,以及从第i个加油站到第i+1个加油站需消耗的油量,问:能否开车从某个加油站出发,循环一圈又回到起点,如果可以返回出发的起点(车的邮箱容量是无限的)。


此题目来自于leetcode,其原文地址为:https://oj.leetcode.com/problems/gas-station/


此解决方法为自己原创,目前在网上也没有搜索到类似的。

算法时间复杂度为O(n),每个加油站只访问一次。 和网上看到的优雅方案(附后)不差上下。呵呵,纯粹个人感觉。


class Solution {
public:
    int canCompleteCircuit(vector<int> &gas, vector<int> &cost) {
        
       int start = gas.size()-1;
       int end = 0;
       int sum = gas[start] - cost[start];
       while (start > end) {
          if (sum >= 0) {
             sum += gas[end] - cost[end];
             ++end;
          }
          else {
             --start;
             sum += gas[start] - cost[start];
          }
       }
       return sum >= 0 ? start : -1;

    }
};
### 贪心算法在环形路径加油问题中的应用 #### 问题描述 在一个环形路径上有若干个加油站,每个加油站提供一定数量的汽油 `gas[i]` 和到达下一个加油站所需的油耗 `cost[i]`。假设车辆从某个起点出发时油箱为空,问是否存在一种方案使得车辆可以绕环一圈回到起点。 如果存在这样的方案,则返回起始加油站的索引;否则返回 `-1`。 --- #### 解决思路 贪心算法的核心在于局部最优解的选择能够推动全局最优解的达成。对于该问题: 1. **定义变量** 定义三个变量: - `total_tank`: 整体剩余油量,用于判断是否有可行解。 - `current_tank`: 当前剩余油量,用于动态调整起点。 - `starting_station`: 记录当前可能的起点。 2. **核心逻辑** 遍历每一个加油站,计算累计油量差值 (`gas[i] - cost[i]`) 并更新上述变量: - 如果 `current_tank` 小于零,说明从之前的起点到当前位置无法继续行驶,因此需要重新设定新的起点为下一加油站,并重置 `current_tank`。 - 同时累加 `total_tank` 来记录整体可行性。 3. **终止条件** 若最终 `total_tank >= 0`,则有解,返回最后一个有效的 `starting_station`;否则无解,返回 `-1`。 --- #### 示例代码 以下是基于 C++ 实现的解决方案[^5]: ```cpp #include <iostream> #include <vector> using namespace std; int canCompleteCircuit(vector<int>& gas, vector<int>& cost) { int total_tank = 0; int current_tank = 0; int starting_station = 0; for (int i = 0; i < gas.size(); ++i) { total_tank += gas[i] - cost[i]; current_tank += gas[i] - cost[i]; if (current_tank < 0) { // 如果当前油量不足以支持下一步 starting_station = i + 1; // 更新起点为下一个站点 current_tank = 0; // 重置当前油量 } } return total_tank >= 0 ? starting_station : -1; // 判断总体是否可行 } // 测试函数 void testCanCompleteCircuit() { vector<int> gas = {1, 2, 3, 4, 5}; vector<int> cost = {3, 4, 5, 1, 2}; int result = canCompleteCircuit(gas, cost); cout << "Starting station index: " << result << endl; } ``` --- #### 代码解析 1. **初始化阶段**: 设置 `total_tank`, `current_tank`, 和 `starting_station` 初始化为默认值。 2. **循环迭代**: 对每个加油站依次处理其供油与耗油差异。 3. **决策点**: 使用 `if(current_tank < 0)` 判定何时需更换起点并清空临时计数器。 4. **结果判定**: 最终依据 `total_tank` 是否负决定能否完成全程。 时间复杂度为 \(O(n)\),空间复杂度为 \(O(1)\)[^6]。 --- #### 注意事项 - 输入数据应满足加油站数目一致且均为负整数值。 - 特殊情况下(如所有成本均高于供给),直接返回不可达标志 `-1`。 ---
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