【CODE】01 矩阵(01 Matrix)

542. 01 矩阵

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给定一个由 0 和 1 组成的矩阵,找出每个元素到最近的 0 的距离。

两个相邻元素间的距离为 1 。

示例 1:
输入:

0 0 0
0 1 0
0 0 0

输出:

0 0 0
0 1 0
0 0 0

示例 2:
输入:

0 0 0
0 1 0
1 1 1

输出:

0 0 0
0 1 0
1 2 1

注意:

  1. 给定矩阵的元素个数不超过 10000。
  2. 给定矩阵中至少有一个元素是 0。
  3. 矩阵中的元素只在四个方向上相邻: 上、下、左、右。
  4. 题解:https://leetcode-cn.com/problems/01-matrix/solution/01ju-zhen-by-leetcode-solution/
class Solution {
public:
    /*
    方法一:广度优先搜索
    时间复杂度:O(rc),其中 r 为矩阵行数,c 为矩阵列数,即矩阵元素个数。广度优先搜索中每个位置最多只会被加入队列一次,因此只需要 O(rc) 的时间复杂度。
    空间复杂度:O(rc),其中 r 为矩阵行数,c 为矩阵列数,即矩阵元素个数。除答案数组外,最坏情况下矩阵里所有元素都为 0,全部被加入队列中,此时需要 O(rc) 的空间复杂度。
    执行用时 :164 ms, 在所有 C++ 提交中击败了30.45%的用户
    内存消耗 :28 MB, 在所有 C++ 提交中击败了66.67%的用户*/
    vector<vector<int>> updateMatrix(vector<vector<int>>& matrix) {
        int dir[4][2]={{-1,0},{1,0},{0,-1},{0,1}};
        int m=matrix.size(),n=matrix[0].size();
        queue<pair<int,int> > q;
        vector<vector<int> > vis(m,vector<int>(n));
        vector<vector<int> > dis(m,vector<int>(n));
        for(int i=0;i<m;i++){
            for(int j=0;j<n;j++){
                if(matrix[i][j]==0){
                    q.push(make_pair(i,j));
                    vis[i][j]=1;
                }
            }
        }
        while(!q.empty()){
            auto [i,j]=q.front();
            q.pop();
            for(int d=0;d<4;d++){
                int x=i+dir[d][0],y=j+dir[d][1];
                if(x>=0 && y>=0 && x<m && y<n && vis[x][y]==0){
                    dis[x][y]=dis[i][j]+1;
                    q.push(make_pair(x,y));
                    vis[x][y]=1;
                }
            }
        }
        return dis;
    }
};
class Solution {
public:
    /*
    方法二:动态规划
    执行用时 :216 ms, 在所有 C++ 提交中击败了23.52%的用户
    内存消耗 :22.9 MB, 在所有 C++ 提交中击败了100.00%的用户
    时间复杂度:O(rc),其中 r 为矩阵行数,c 为矩阵列数。计算 dis 数组的过程中我们需要遍历四次矩阵,因此时间复杂度为 O(4rc)=O(rc)。
    空间复杂度:O(1),这里我们只计算额外的空间复杂度。除了答案数组以外,我们只需要常数空间存放若干变量。
    */
    vector<vector<int>> updateMatrix(vector<vector<int>>& matrix) {
        int m=matrix.size(),n=matrix[0].size();
        vector<vector<int> > dis(m,vector<int>(n,INT_MAX/2));
        for(int i=0;i<m;i++){
            for(int j=0;j<n;j++){
                if(matrix[i][j]==0) dis[i][j]=0;
            }
        }
        //只有向左和向上
        for(int i=0;i<m;i++){
            for(int j=0;j<n;j++){
                if(i-1>=0) dis[i][j]=min(dis[i][j],dis[i-1][j]+1);
                if(j-1>=0) dis[i][j]=min(dis[i][j],dis[i][j-1]+1);
            }
        }
        //只有向右和向上
        for(int i=0;i<m;i++){
            for(int j=n-1;j>=0;j--){
                if(i-1>=0) dis[i][j]=min(dis[i][j],dis[i-1][j]+1);
                if(j+1<n) dis[i][j]=min(dis[i][j],dis[i][j+1]+1);
            }
        }
        //只有向左和向下
        for(int i=m-1;i>=0;i--){
            for(int j=0;j<n;j++){
                if(i+1<m) dis[i][j]=min(dis[i][j],dis[i+1][j]+1);
                if(j-1>=0) dis[i][j]=min(dis[i][j],dis[i][j-1]+1);
            }
        }
        //只有向右和向下
        for(int i=m-1;i>=0;i--){
            for(int j=n-1;j>=0;j--){
                if(i+1<m) dis[i][j]=min(dis[i][j],dis[i+1][j]+1);
                if(j+1<n) dis[i][j]=min(dis[i][j],dis[i][j+1]+1);
            }
        }
        return dis;
    }
};
class Solution {
public:
    /*
    方法三:动态规划的常数优化
    执行用时 :156 ms, 在所有 C++ 提交中击败了32.18%的用户
    内存消耗 :22.9 MB, 在所有 C++ 提交中击败了100.00%的用户
    时间复杂度:O(rc),其中 r 为矩阵行数,c 为矩阵列数。计算 dis 数组的过程中我们需要遍历2次矩阵,因此时间复杂度为 O(2rc)=O(rc)。
    空间复杂度:O(1),这里我们只计算额外的空间复杂度。除了答案数组以外,我们只需要常数空间存放若干变量。
    */
    vector<vector<int>> updateMatrix(vector<vector<int>>& matrix) {
        int m=matrix.size(),n=matrix[0].size();
        vector<vector<int> > dis(m,vector<int>(n,INT_MAX/2));
        for(int i=0;i<m;i++){
            for(int j=0;j<n;j++){
                if(matrix[i][j]==0) dis[i][j]=0;
            }
        }
        //只有向左和向上
        for(int i=0;i<m;i++){
            for(int j=0;j<n;j++){
                if(i-1>=0) dis[i][j]=min(dis[i][j],dis[i-1][j]+1);
                if(j-1>=0) dis[i][j]=min(dis[i][j],dis[i][j-1]+1);
            }
        }
        //只有向右和向下
        for(int i=m-1;i>=0;i--){
            for(int j=n-1;j>=0;j--){
                if(i+1<m) dis[i][j]=min(dis[i][j],dis[i+1][j]+1);
                if(j+1<n) dis[i][j]=min(dis[i][j],dis[i][j+1]+1);
            }
        }
        return dis;
    }
};

 

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