【深度优先+重写hash(C++)】365. 水壶问题

本文介绍了如何使用深度优先搜索和回溯算法解决水壶问题,即两个不同容量的水壶如何通过倒水操作得到特定容量的目标水量。通过递归和状态记录避免重复计算,同时探讨了使用哈希集合优化空间复杂度的方法,包括函数指针和函数对象。此外,还提出了裴蜀定理的数学解决方案,简化了问题的求解过程。

题目描述

有两个水壶,容量分别为 xy 升。水的供应是无限的。确定是否有可能使用这两个壶准确得到 target 升。
如果可以得到 target 升水,最后请用以上水壶中的一或两个来盛放取得的 target 升水。
你可以:

  1. 装满任意一个水壶;
  2. 清空任意一个水壶;
  3. 从一个水壶向另外一个水壶倒水,直到装满或者倒空;

示例:

输入: jug1Capacity = 3, jug2Capacity = 5, targetCapacity = 4
输出: true

解题思路

说是深度优先其实感觉有回溯的味道,简单来说,每次行动也就这么有限个操作,暴力遍历所有排列组合,遇到满足条件的立即返回。

考虑递归函数的返回值与形参。根据题目要求返回类型,递归返回类型取bool,每层递归都需要借助上层递归的状态值,故形参有remain_x, remain_y表示x, y壶当前存量。

返回条件。满足合法条件即返回,x壶或y壶装target,抑或x、y壶之和装够target。为防止状态成环进而陷入死循环,考虑visited[][]数组防止重复访问。因此,递归形参也需添加visited[][]

单层逻辑。递归所有操作状态,只要有一个为真即可返回,故用||连接各子递归函数。考虑可操作的状态:

  1. 装满x,即(x, remain_y)
  2. 装满y,即(remain_x, y)
  3. 清空x,即(0, remain_y)
  4. 清空x,即(remain_x, 0)
  5. x装满y,即(remain_x - min(y - remain_y, remain_x), remain_y + min(y - remain_y, remain_x));
  6. y装满x,即(remain_x + min(x - remain_x, remain_y), remain_y - min(x - remain_x, remain_y));

深度优先,递归实现:

class Solution {
   
   
    int x, y, target;
public:
    bool canMeasureWater(int jug1Capacity, int jug2Capacity, int targetCapacity) {
   
   
        x = jug1Capacity;
        y = jug2Capacity;
        target = targetCapacity;
        vector<vector<bool>> visited(x + 1, vector<bool>(y + 1));
        return dfs(0, 0, visited);
    }

    bool dfs(int remain_x, int remain_y, vector<vector<bool>>& visited){
   
   
        if(visited[remain_x][remain_y]) return false;
        if(remain_x == target || remain_y == target || remain_x + remain_y == target) return true;
        visited[remain_x][remain_y] = true;
        return dfs(0, remain_y, visited) || dfs(remain_x, 0, visited) || dfs(x, remain_y, visited) || dfs(remain_x, y, visited) || dfs(remain_x - min(remain_x, y - remain_y), remain_y + min(remain_x, y - remain_y), visited) || 
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