1723.完成所有工作的最短时间

本文探讨了一种使用二分查找、回溯和剪枝策略来解决工作量分配问题的方法。通过优先分配大工作量,结合二分查找确定最短时间范围,然后递归分配任务并进行剪枝,最终找到满足条件的最短时间。

思路:这种题我思考了三分钟想不出好的办法,直接看官方解答,并试图看懂了一种解题,即二分查找+回溯+剪枝
先考虑工作量顺序的分配,正如解答所说要先分配工作量大的工作,因为越到后面工作量越大越难分配(但其实从小到大分配也是一样能够解题的)
接下来考虑二分查找,这一题的思路其实是自己选择出答案再进行判断,利用二分查找能够更快的得到最短时间,这里需要考虑二分查找的上下限,如果只有一个工人,则所有工作都由他一人完成,所以此题的右边界是工作量之和;如果工作数和工人一样多,那么最短的时间就是工作量最大的那一个,这就是左边界。
回溯:就是对每一份工作,对每一个工人进行判断,如果在我们设定的最大量内,就可以考虑下一个工作,若超出界限,就要循环到下一个工人,如果全部不满足说明此限制不合理。关于剪枝,官方解答的一种剪枝没有理解,我只理解了对于第i个工人来说如果没有分配到工作,那么就不能对i+1个工人分配工作,说明当前设定的最短时间不合理,因此直接break循环返回false
对于满足返回true的情况来说,说明需要的最短时间将不大于当前设定的时间,所以右边界变为mid(即(left+right)/2),如果返回的false,说明需要的最短时间一定大于当前设定的时间,因此左边界left就要等于mid+1.

class Solution {
    bool Judy(vector<int>& jobs,vector<int>& worker,int sit,int limit)
    {
        //当工作都分配完了,就说明此方案可行
        if(sit>=jobs.size()) return true;
        //轮流遍历工人获取工作量
        for(int i=0;i<worker.size();++i)
        {
            //先加上当前工作的工作量
            worker[i]+=jobs[sit];
            //如果不大于限制
            if(worker[i]<=limit)
               //需要讨论下一个工作分配情况
               if(Judy(jobs,worker,sit+1,limit))
                 return true;
            //不满足的话就需要减去加上的工作量,回溯
            worker[i]-=jobs[sit];
            //这里剪枝
            //如果i工人没有分配到工作,那么i+1工人一定也不能分配工作
            if(worker[i]==0) break;
        }
        return false;
    }
    bool JudyMid(vector<int>& jobs,int& limit,int& k)
    {
        //worker[i]为第i+1个工人需要完成的工作量
        vector<int> worker(k);
        return Judy(jobs,worker,0,limit);
    }
public:
    int minimumTimeRequired(vector<int>& jobs, int k) {
        //先要排序,至于从小到大还是从大到小都能够求出答案
        //从大到小排序求解会提高解题效率
        sort(jobs.begin(),jobs.end(),greater<int>());
        //左边界为工作量最大的那一个
        int left=jobs[0];
        //右边界为工作量总和
        int right=accumulate(jobs.begin(),jobs.end(),0);
        //二分查找
        while(left<right)
        {
            //mid为设定的最小时间
            int mid=(left+right)/2;
            //当前时间符合说明最终解不大于mid,改变右边界
            if(JudyMid(jobs,mid,k))  right=mid;
            //否则最终解大于mid改变左边界
            else left=mid+1;
        }
        return right;
    }
};
<think>嗯,用户问的是LeetCode上“杀死所有怪物的短时间”的Java解法。我得先弄清楚这个题目的具体内容。可能题目大意是说,在一个二维网格中,有怪物和起点,需要找到消灭所有怪物的短时间。移动和攻击可能需要时间,或者可能有某种限制,比如必须按特定顺序击杀。 首先,我需要回忆或者查找这道题的具体描述。假设题目中的怪物分布在网格的不同位置,玩家需要移动并击杀所有怪物,求短时间。可能的移动方式是四个方向,每次移动花费1单位时间,击杀可能不需要时间或者也需要时间。或者,击杀可能需要某种条件,比如必须在某个位置攻击。这时候,可能需要考虑短路径问题,但因为有多个目标点(怪物位置),可能需要旅行商问题(TSP)的动态规划解法。因为TSP是NP难的,所以对于较大的网格可能无法用暴力解,但LeetCode的题目可能数据规模较小,允许状态压缩的动态规划。比如,玩家需要访问所有怪物所在的位置,求访问所有点的短路径。这时候,可以先预处理各个怪物点之间的短距离,然后使用状态压缩DP来记录已经访问过的怪物点,并找到优顺序。具体步骤可能包括: 1.找出所有怪物的位置,并记录它们的坐标。2.计算每两个怪物点之间的短距离,可以使用BFS,因为网格中可能有障碍物或者其他限制。3.使用动态规划,状态为当前所在的位置和已经访问过的怪物集合,转移时选择下一个未访问的怪物点,加上两者之间的距离。4.初始状态是从起点出发,到各个怪物点的短距离。5.终结果是所有状态中访问全部怪物点的小总时间。但需要注意,题目中的起点可能是一个特定的位置,比如(0,0),或者需要从某个起始点出发。另外,怪物可能分布在网格中的某些位置,可能有障碍物,所以BFS计算短路径时需要处理这些情况。 接下来,如何将这个思路转化为Java代码呢?首先,需要编写BFS函数来计算任意两点之间的短距离。假设网格中有障碍物,比如网格中的某些格子不可通过,那么在BFS时需要跳过这些格子。然后,收集所有怪物的位置,包括起点(如果有的话)。比如,假设起点是玩家初始位置,怪物位置是其他需要到达的点。或者,起点可能也是一个需要击杀的点?这需要看题目具体描述。假设怪物位置有m个,那么状态压缩的话,可以用一个m位的二进制数表示已经访问过的怪物。例如,对于m个怪物,每个位代表是否已经击杀该怪物。动态规划数组dp[mask][u]表示在mask状态下,当前位于第u个怪物位置时的短时间。预处理阶段,计算每个怪物点之间的短距离,以及起点到每个怪物点的距离。这样,在DP的初始状态时,可以从起点出发到各个怪物点,或者第一个击杀的怪物是某一个。 例如,初始状态是mask只有第i位为1,表示已经击杀了第i个怪物,此时的时间是起点到该怪物的距离。然后,状态转移时,对于每一个mask,遍历所有可能的当前所在位置u,再遍历所有未访问的怪物v,更新mask|(1<<v)的状态,时间为dp[mask][u]+ distance[u][v]。终,答案就是所有mask为全1的状态中的小值。 需要注意的是,如果怪物数量较多(比如超过20),状态压缩可能不可行,因为状态数是2^m,会指数级增长。但LeetCode的题目可能限制m较小,比如不超过15,这样还是可以处理的。现在,具体实现步骤:1.遍历网格,找到所有怪物的位置,存入列表monsters。假设起点是某个特定位置,比如(0,0),或者可能起点需要作为其中一个点?需要看题目具体条件。假设题目中的玩家起始位置是某个特定的点,比如(0,0),而怪物分布在其他位置。那么,怪物列表包括所有需要访问的点,玩家需要从起点出发,访问所有怪物点,每个点只需访问一次,求短路径总和。 或者,可能每个怪物必须被击杀,而击杀的条件是玩家到达该点,此时击杀不需要时间,所以总时间就是移动路径的总和。 这样的话,问题转化为TSP问题,其中起点是玩家初始位置,必须经过所有怪物点,求短哈密尔顿路径。但TSP的解法需要预处理各点之间的距离,然后用动态规划解决。所以,Java实现的大致步骤: -预处理所有怪物点之间的短距离,以及起点到每个怪物点的距离。这里的短距离可能需要BFS计算,因为网格中可能有障碍物,无法直线移动。例如,对于每个点(包括起点和所有怪物点),运行BFS计算到其他所有点的短距离,存储在一个距离矩阵中。 -动态规划的状态是mask和当前所在的位置。例如,dp[mask][u]表示已经访问过mask中的怪物,当前在位置u时的短时间。-初始化:对于每个怪物点u,dp[只有u被访问的mask][u]=起点到u的短距离。 -状态转移:对于每个mask,遍历所有可能的当前点u,然后遍历所有未被访问的点v,更新新的mask,并计算新的总时间。-终结果是所有mask全1的情况下,各个点的dp值中的小值。现在,如何处理网格中的障碍物?比如,网格是题目给定的,其中某些格子是障碍物,不可通过。这时候,每个点之间的短距离必须通过BFS计算,考虑障碍物。例如,对于每个怪物点u,运行BFS计算到其他所有怪物点v的短距离,以及起点到u的短距离。这样,预处理的距离矩阵是一个二维数组,其中dist[i][j]表示怪物i到怪物j的短距离,而dist_start[i]表示起点到怪物i的短距离。 接下来,Java代码的结构: 1.解析网格,找到所有怪物的坐标,并记录它们的索引。例如,怪物列表为monsters,每个元素是坐标(x,y)。2.计算起点到每个怪物的短距离,使用BFS。如果起点无法到达某个怪物,则整个问题无解,返回-1或者根据题目要求处理。3.计算每个怪物到其他怪物的短距离,同样使用BFS。如果两个怪物之间无法到达,则问题无解。4.构建动态规划表。状态数为(1<<m)* m,其中m是怪物的数量。每个状态保存当前短时间。5.初始化DP数组:对于每个怪物i,dp[1<<i][i]= dist_start[i]。 6.遍历所有mask,对于每个mask,遍历当前所在的怪物u,然后遍历所有未被访问的怪物v,更新新的mask和v的位置的总时间。7.后,在所有mask为全1的情况下,找到小的总时间。 可能的优化:由于每次状态转移只需要访问当前mask和可能的下一状态,可以使用循环填充DP表。例如,对于每个mask,从小到大遍历(因为mask的二进制数值越大,1的位数越多),然后对每个u,如果当前mask包含u,则进行转移。此外,如果怪物数量m较大,比如超过20,这种方法可能无法通过时间限制,但LeetCode的测试用例可能较小。 现在,编写Java代码的大纲:-定义怪物列表,收集所有怪物坐标。-预处理距离矩阵:a. BFS从起点出发,计算到每个怪物的距离。b.对每个怪物,BFS计算到其他怪物的距离。-构建动态规划表:a.初始化dp数组。b.状态转移。c.计算结果。 其中,BFS的实现需要注意处理网格中的障碍物,例如,网格中的某个格子是否为可通行的。 例如,网格中的某个位置grid[i][j]可能为0表示可通行,1表示障碍物。或者可能题目中的设定不同,需要根据题目具体描述调整。 假设题目中的网格中,0表示可通行的格子,1表示障碍物。那么,在BFS中,每次移动只能到相邻的可通行格子,每次移动花费1单位时间。所以,BFS函数的实现需要根据输入的起点,返回到所有可达点的短距离。例如,编写一个函数shortestPath(int sx, intsy,int[][]grid),返回一个二维数组表示从(sx,sy)出发到各点的短距离,或者无法到达时为-1。 但考虑到网格可能很大,或者多次调用BFS会导致时间问题,所以需要优化。或者,怪物数量可能较少,所以多次BFS是可接受的。现在,针对代码实现的步骤:1.遍历网格,找到所有怪物的位置:例如:List<int[]> monsters= newArrayList<>();for (int i=0; i< grid.length;i++){for (int j=0;j <grid[0].length;j++){if (grid[i][j] ==某个值,比如可能是2表示怪物,或者根据题目描述){monsters.add(new int[]{i, j});}} }假设题目中的怪物在网格中用1表示,起点是(0,0),或者其他方式。需要根据题目具体条件调整。假设题目中的玩家起始位置是(sx,sy),比如(0,0),而怪物的位置是网格中值为1的格子。或者可能题目中的描述不同,需要调整。 这部分需要明确题目中的输入格式。例如,输入的网格可能是一个二维数组,其中某些位置是怪物,其他是空地或障碍物。假设题目中的输入是网格grid,其中grid[i][j]=0表示空地,1表示怪物,或者其他情况。例如,玩家需要击杀所有怪物,而怪物的位置是那些值为1的点,玩家需要移动到这些点才能击杀,移动只能经过空地(0)或者可以经过怪物点? 这部分可能需要更多的信息,但假设玩家必须访问每个怪物的位置,而移动时只能经过可通行的格子(比如,0或者已经击杀过的怪物格子?或者只能走空地?这会影响BFS的计算)。例如,如果玩家在移动时不能穿过未被击杀的怪物所在的格子,那么路径规划会更复杂。此时,可能需要动态调整可通行的区域,但这样会使问题变得非常复杂,可能需要更高级的算法,如A*搜索或者状态包括已访问的怪物情况。但这样复杂度很高,可能无法在合理时间内解决。因此,可能题目中的设定是,玩家可以自由移动,无论是否有怪物,或者怪物所在的位置被视为可通行的,但必须被访问一次。例如,玩家的移动可以经过任何格子,击杀怪物只需要到达该位置即可,无论路径如何。这种情况下,预处理各个怪物点之间的短距离时,可以忽略其他怪物,视为可通行的格子。例如,在BFS计算两点之间的距离时,允许路径经过其他怪物所在的位置,因为玩家可能在之后才击杀它们。或者,可能怪物的位置被视为障碍物,必须在击杀之后才能经过。这种情况下,路径规划会变得非常复杂,因为击杀顺序会影响可通行的路径。这将导致问题无法用常规的TSP解法,而需要更复杂的状态表示,比如当前已击杀的怪物集合,以及每个状态下的可通行区域。这显然会增加问题的难度,可能超出普通LeetCode题目的范围。因此,我推测题目的设定可能较为简单,即怪物所在的位置可以自由通过,击杀只需要到达该点即可,而路径可以经过其他怪物点,视为可通行区域。或者,网格中的怪物位置不影响移动,玩家可以经过这些格子,而击杀只是需要到达该点一次。这种情况下,预处理各个怪物点之间的短距离时,可以将其视为普通可通行的格子,BFS时不考虑其他怪物,只处理固定的障碍物(比如网格中的某些格子是障碍物,无法通过)。 所以,现在回到问题,假设怪物的位置是网格中的某些点,玩家需要到达每个怪物点一次,移动时可以经过其他怪物点,视为普通可通行区域。此时,各个点之间的短路径可以通过BFS预处理。然后,问题转化为TSP问题,其中需要从起点出发,访问所有怪物点,求短路径总和。 现在,编写Java代码的大体结构:首先,收集所有怪物点和起点:例如,起点是(sx,sy),怪物点是所有grid[i][j]等于某个值的点。假设题目中的怪物用1表示,起点是(0,0)。然后,预处理各个点之间的短距离:-起点到每个怪物点的距离。 -每个怪物点到其他怪物点的距离。 这可以通过多次BFS实现。例如,对于每个点(包括起点),运行一次BFS,得到到其他所有点的短距离。 然后,将这些距离存储在一个距离矩阵中,比如dist[i][j]表示第i个点到第j个点的距离。其中,i=0表示起点,i=1到m表示各个怪物点。 例如,怪物列表的长度是m,所以总共有m+1个点(起点加上m个怪物)。或者,起点可能不被视为必须访问的点,而怪物必须被访问。或者,可能起点不需要被访问,而所有怪物必须被访问。所以,总共有m个点需要访问,起点是出发点,但不计入访问点。 这时候,问题转化为:从起点出发,经过所有m个怪物点,每个点必须访问一次,求短路径总和。这类似于TSP问题,其中起点是固定的,但不需要返回起点。此时,动态规划的状态为mask和当前所在点,其中mask表示已经访问过的怪物点,当前所在点必须是怪物点之一。预处理的距离矩阵是各个怪物点之间的距离,以及起点到各个怪物点的距离。 那么,动态规划的初始状态是,从起点出发,访问第一个怪物点i,此时总时间为dist_start[i]。然后,状态转移时,对于每个状态mask和当前点i,可以转移到下一个未访问的点j,总时间加上i到j的距离。终,所有mask为全1的状态中的小值即为答案。 所以,Java代码的大致步骤如下: 1.解析输入,找到所有怪物点的坐标。2.预处理起点到每个怪物点的短距离,以及各怪物点之间的短距离。3.如果任何怪物点无法从起点到达,或者两个怪物点之间无法到达,则返回-1(题目可能有这样的测试用例)。4.初始化动态规划数组,其中dp[mask][i]表示访问mask中的怪物,当前在怪物i时的短时间。5.遍历所有可能的mask和i,进行状态转移。 6.终,在所有mask为全1的情况下,找到小的dp值。 现在,具体实现中的问题: 如何处理BFS?每个BFS需要计算从某个点出发到所有其他点的短距离。例如,对于每个怪物点,运行一次BFS,得到到其他怪物点的距离。这可能在时间上比较昂贵,特别是当怪物数量较多时。例如,m个怪物需要运行m次BFS,每次BFS的时间是O(n^2),假设网格是nx n的。如果m是15,那么总时间是15* O(n²),这在n=50的情况下是可行的。但LeetCode时间限制可能比较紧张,所以需要优化BFS的实现。例如,可以预先计算所有必须的点(起点和怪物点)之间的短路径,只运行这些点的BFS。例如,怪物列表是monsters,加上起点,所以总共有m+1个点。运行每个点的BFS,得到到其他点的距离。存储为一个二维数组dist,其中dist[i][j]表示点i到点j的短距离。点0是起点,点1到m是怪物点。 然后,在动态规划中,起点到怪物i的距离是dist[0][i]。怪物i到怪物j的距离是dist[i][j]。 这样,预处理的距离矩阵的大小是(m+1) x(m+1),其中m是怪物数量。 但可能怪物数量较多时,这样的预处理会占用较多内存和时间。需要根据实际情况调整。现在,编写BFS函数的Java代码:private intbfs(intsx,int sy, intex,int ey, int[][] grid) {//计算从(sx,sy)到(ex,ey)的短距离,考虑障碍物//返回短步数,或者-1} 或者,更高效的方式是,对于每个起点(sx,sy),运行一次BFS,记录到所有可达点的短距离,并保存到一个二维数组中。这样,对于多次查询,可以直接查表。例如,预处理的步骤:对于每个点p(起点和所有怪物点),运行BFS,得到到网格中所有点的短距离,保存到map中。例如,使用一个列表,其中每个元素是一个二维数组,表示该点到各点的距离。 但这样可能会占用较多内存,特别是当网格较大时。例如,n=50,每个BFS的二维数组是50x50=2500,对于m=15的怪物,需要存储15+1=16个这样的数组,总内存是16*2500=40,000,这在Java中是可行的。或者,可以只计算到其他怪物点和起点的距离。例如,对于每个点p,运行BFS时,只记录到其他需要访问的点(其他怪物点和起点)的距离。这可能减少内存占用,但需要确定哪些点需要记录。 例如,怪物列表是monsters,起点是start。那么,每个点p的BFS只需要记录到start和monsters中各点的距离。这样,预处理的距离矩阵是大小为(m+1) x(m+1),其中m是怪物数量。例如,dist[i][j]表示第i个点到第j个点的距离。其中i和j的范围是0到m,其中0表示起点,1到m表示怪物点。 现在,如何实现这一点:对于每个点pin [start,monster1,monster2, ...monsterm],运行BFS,并记录到其他点的距离。例如:List<int[]> points= newArrayList<>();points.add(start);//起点points.addAll(monsters); //所有怪物点然后,创建一个二维数组dist[][],其中dist[i][j]是points.get(i)到points.get(j)的短距离。 这样,预处理每个点i,运行BFS,得到到其他点j的短距离。这样,如果网格中某个点无法到达另一个点,则整个问题无解,返回-1。现在,编写预处理部分的代码:int m= monsters.size();int[][]dist =new int[m+1][m+1];for (int i=0;i <=m;i++){int[]p1= points.get(i);intx1= p1[0],y1= p1[1];//运行BFS,得到从(x1,y1)出发到各点的短距离int[][] distance= bfs(x1, y1,grid);for(intj =0;j <=m;j++){int[]p2= points.get(j);int x2 =p2[0],y2= p2[1];dist[i][j]= distance[x2][y2];if(dist[i][j]== Integer.MAX_VALUE) {//无法到达,返回-1return-1;}} }这里假设bfs函数返回一个二维数组,其中每个元素是起点到该位置的短距离,无法到达时为Integer.MAX_VALUE。 但这样,每次BFS都要遍历整个网格,当网格较大时,会比较耗时。例如,n=50,m=15,总共有16次BFS,每次BFS耗时O(50*50)=2500次操作,总时间是16*2500=40,000次操作,这在LeetCode时间限制下是可行的。 现在,假设BFS函数的实现如下: privateint[][]bfs(intsx,int sy, int[][] grid) {introws= grid.length;intcols =grid[0].length;int[][] dirs ={{0,1}, {1,0},{0,-1}, {-1,0}};int[][]dist =new int[rows][cols];for (int i=0;i <rows;i++){Arrays.fill(dist[i], Integer.MAX_VALUE);}Queue<int[]> queue= newLinkedList<>();dist[sx][sy] =0;queue.offer(newint[]{sx, sy});while (!queue.isEmpty()) {int[] curr= queue.poll();intx =curr[0],y =curr[1];for(int[] dir: dirs){int nx= x+ dir[0],ny =y +dir[1];if(nx>=0&& nx< rows&& ny>=0&& ny< cols&& grid[nx][ny] !=1) {//假设障碍物是1,不能通过if (dist[nx][ny]== Integer.MAX_VALUE) {dist[nx][ny] =dist[x][y] +1;queue.offer(new int[]{nx, ny});}}}}return dist; }这里假设障碍物是grid中的1,玩家无法通过。例如,grid中的0表示可通行,1表示障碍物。或者,可能需要根据题目中的条件调整判断条件。例如,题目中可能规定,玩家可以移动到怪物所在的格子,但必须击杀该怪物才能继续移动。或者,怪物所在的格子视为可通行的,但必须被访问一次。这种情况下,BFS中的条件可能需要允许经过怪物格子,即grid[nx][ny]可以是怪物(例如,值为2),但视为可通行。 所以,必须根据题目的具体描述调整BFS中的移动条件。例如,如果玩家可以移动到任何格子,不管是否有怪物,那么BFS中的条件应该是grid[nx][ny]!=障碍物(比如,障碍物是1,而怪物是2,所以允许移动)。 因此,在BFS函数中的条件可能需要根据题目中的设定进行调整。例如,允许移动的条件是grid[nx][ny]不是障碍物。例如,假设题目中的障碍物是1,怪物是2,其他是0,那么移动条件应为grid[nx][ny]!=1。这样,玩家可以经过怪物所在的格子,但击杀怪物需要到达该点。所以,在预处理距离时,路径可以经过其他怪物点,但击杀顺序不影响路径的可行性,因为路径的合法性只取决于障碍物。现在,假设预处理完成后,得到距离矩阵dist,其中dist[i][j]表示从点i到点j的短距离。如果任何dist[i][j]为Integer.MAX_VALUE,说明无法到达,返回-1。 接下来是动态规划部分。假设怪物数量是m,动态规划的状态是mask和当前所在的怪物点。例如,mask是一个m位的二进制数,表示已经访问过的怪物,当前所在的怪物点是u(0 <=u <m)。初始状态是,从起点出发,访问第一个怪物点u,此时mask只有第u位为1,时间为起点到u的距离dist[0][u+1](因为points列表中起点是索引0,怪物点从索引1开始)。 或者,points列表中的索引0是起点,索引1到m是怪物点。所以,怪物点i对应的points索引是i+1?或者可能起点是points中的索引0,怪物点依次是1到m。所以,怪物点i在points中的索引是i+1吗?或者可能points列表中的第一个元素是起点,之后是各个怪物点,所以怪物点的索引是1到m?例如,points列表的结构:points.add(start); //索引0for(每个怪物点) points.add(monster); //索引1到m所以,怪物点i的索引是i+1?或者i从0到m-1? 可能这里需要明确,points列表的大小是m+1,其中索引0是起点,索引1到m是怪物点。每个怪物点的索引是1到m。所以,预处理得到的dist矩阵中,dist[0][1]是起点到第一个怪物的距离,dist[1][2]是第一个怪物到第二个怪物的距离,等等。现在,动态规划的状态是mask和当前所在的怪物点(索引1到m)。动态规划数组dp[mask][u],其中u是怪物点的索引(1到m)。初始化:对于每个怪物点u(1到m),mask是1 <<(u-1),因为怪物点u是points中的索引,所以对应的二进制位是第u-1位(假设怪物点有m个,索引1到m,所以二进制位从0到m-1)。 例如,mask的第0位对应怪物点1,第1位对应怪物点2,依此类推。因此,当访问怪物点u时,对应的二进制位是u-1。所以,初始化时,mask=1<< (u-1),dp[mask][u]= dist[0][u],其中dist[0][u]是起点到怪物点u的距离。然后,状态转移:对于每个mask,每个当前所在的怪物点u,遍历所有未被访问的怪物点v。如果v未被访问(即mask的第v-1位是0),那么新的mask是mask| (1 <<(v-1)),新的总时间是dp[mask][u] +dist[u][v]。如果这个时间小于当前dp[new_mask][v]的值,则更新。终,当mask等于全1(即所有怪物都被访问),此时的dp[mask][u]的值加上0(因为不需要再移动),取小值即为答案。 现在,动态规划部分的Java代码:intm =monsters.size(); intallVisited =(1<< m) -1; int[][] dp= newint[1 <<m][m+1];//怪物点索引1到m,所以大小m+1? 或者,可能u的范围是0到m-1,对应每个怪物点的索引。例如,怪物点列表是monsters,索引0到m-1。那么,mask的第i位对应怪物点i是否被访问。 此时,动态规划的数组可以是dp[mask][u],其中u是0到m-1,对应monsters列表中的索引。 这时候,预处理的距离矩阵dist的大小是(m+1) x(m+1),其中索引0是起点,索引1到m是怪物点。或者,可能起点不在预处理的距离矩阵中?需要重新考虑points的结构: points列表包含起点和所有怪物点,索引0是起点,索引1到m是怪物点。例如,m是怪物的数量,points的大小是m+1。 所以,dist[i][j]表示points.get(i)到points.get(j)的短距离。在动态规划中,怪物点的索引是0到m-1(对应points中的索引1到m),因为points中的索引0是起点,而怪物点是从索引1开始的。或者,可能动态规划中的怪物点索引是0到m-1,对应points中的索引1到m。例如,怪物点列表是monsters,总共有m个,所以points列表是起点(索引0)加上monsters列表(索引1到m)。所以,在动态规划中,当前所在的怪物点u对应points中的索引u+1?或者可能更方便的方式是将怪物点索引重新编号为0到m-1,对应monsters列表中的顺序。 例如,假设怪物点列表monsters有m个元素,索引0到m-1。每个怪物点的坐标是monsters.get(i)。起点是单独的坐标。那么,预处理得到的距离矩阵dist是(m+1)x (m+1),其中索引0是起点,索引1到m对应monsters中的0到m-1。这样,在动态规划中,当前所在的怪物点u对应points中的索引u+1。例如,u的范围是0到m-1,对应points中的索引1到m。 所以,在动态规划中,从起点到怪物点u的距离是dist[0][u+1],怪物点u到怪物点v的距离是dist[u+1][v+1]。 现在,动态规划数组的初始化: for(intu =0; u< m; u++) {intmask =1<< u;dp[mask][u]= dist[0][u+1]; //起点到怪物点u+1的距离} 然后,状态转移:for (int mask=1;mask <(1<< m); mask++) {for(intu =0; u< m; u++) {if((mask& (1 <<u))==0)continue;//当前mask不包含u,跳过for (int v=0;v <m;v++){if ((mask &(1<< v)) !=0) continue; //v已经被访问过intnewMask= mask| (1 <<v);intnewTime= dp[mask][u] +dist[u+1][v+1]; //从u到v的距离if (dp[newMask][v] ==0|| newTime <dp[newMask][v]) {dp[newMask][v]= newTime;}}}} 后,遍历所有u,找到dp[allVisited][u]的小值: intminTime= Integer.MAX_VALUE; for(intu =0; u< m; u++) {if(dp[allVisited][u] !=0) {minTime =Math.min(minTime, dp[allVisited][u]);} }return minTime;但需要处理初始化的方式,可能初始时dp数组应该初始化为无穷大,然后在可能的路径中进行更新。例如,初始化dp数组为无穷大: int[][] dp= newint[1 <<m][m];for (int[]arr: dp) {Arrays.fill(arr, Integer.MAX_VALUE/2); //防止溢出} 然后,初始化每个u: for(intu =0;u <m;u++){int mask=1 <<u;dp[mask][u] =dist[0][u+1];} 状态转移时,如果当前dp[mask][u]是无穷大,说明该状态不可达,跳过。这样,状态转移的代码:for (int mask=0;mask <(1<< m); mask++) {for(intu =0;u <m;u++){if ((mask &(1<< u)) ==0) continue;if (dp[mask][u]== Integer.MAX_VALUE/2)continue;for(intv =0;v<m;v++){if((mask&(1<<v))!=0)continue;intnewMask=mask|(1<<v);intnewTime=dp[mask][u]+dist[u+1][v+1];if(newTime<dp[newMask][v]){dp[newMask][v]=newTime;}}}}后,遍历所有u:intminTime=Integer.MAX_VALUE;for(intu=0;u<m;u++){minTime=Math.min(minTime,dp[allVisited][u]);}returnminTime==Integer.MAX_VALUE/2?-1:minTime;这样,整个动态规划的过程就完成了。现在,整合所有步骤:1.解析网格,收集怪物点和起点。2.预处理各个点之间的距离。3.如果任何必须的距离不可达,返回-1.4.初始化动态规划数组。5.执行状态转移。6.返回短时间。现在,处理可能的错误情况:例如,如果起点到某个怪物点的距离不可达,那么整个问题无解,返回-1.或者在预处理时,发现某个怪物点无法到达其他怪物点,则同样返回-1.但题目中可能允许某些路径,比如只要存在一个访问顺序,使得所有怪物点可达。例如,可能存在怪物点A无法到达怪物点B,但如果按照A→C→B的顺序,B是可达的。这种情况下,预处理时A到B的距离可能不可达,但实际路径中A→C→B的总距离是A到C加上C到B的距离,可能可达。这说明预处理的距离矩阵中的两点之间的距离必须是直接可达的,而动态规划中的状态转移可能通过中间点来间接可达。所以,预处理的距离矩阵中的两点之间的距离应该是直接的短路径,而不是间接的。例如,A到B的距离是A直接到B的短路径,而不是通过其他点。但动态规划的状态转移会考虑所有可能的路径,因此,即使A到B不可达,但通过其他点可能可行。 这似乎矛盾,说明预处理的距离矩阵必须包含所有两点之间的短路径,否则动态规划的状态转移将无法正确计算总时间。因此,预处理阶段必须确保任意两个需要访问的点之间的短距离是可达的。否则,问题无解。例如,在预处理时,如果起点到某个怪物点不可达,或者两个怪物点之间不可达,则返回-1. 因此,在预处理阶段,需要检查:-起点到每个怪物点的距离是否可达。 -每个怪物点之间的距离是否可达(对于所有怪物点之间的组合)。 但这将导致预处理的时间复杂度很高,因为需要检查所有怪物点之间的组合。例如,m个怪物点之间有m*(m-1)/2对组合,需要检查每对是否可达。 这可能不现实,特别是当m较大时。因此,可能题目的设定中,网格中的怪物点之间都是可达的,或者题目保证存在解。或者,可能预处理阶段不需要检查所有对,而是动态规划过程中自动处理无法到达的情况。例如,如果某个dist[u][v]是无穷大,则在状态转移时无法转移到该点,导致终无法形成全访问的mask,从而返回-1.因此,预处理阶段不需要显式检查所有对,只需要在动态规划完成后,如果minTime仍然是无穷大,则返回-1. 这样,预处理阶段不需要检查所有对,只需计算距离矩阵,允许存在不可达的情况,动态规划过程中无法生成有效的路径,终返回-1.这可能更高效,因为不需要在预处理阶段进行大量的检查。现在,编写完整的Java代码: 假设输入的网格是int[][] grid,其中0表示可通行,1表示障碍物,2表示怪物。或者,需要根据题目描述调整。假设题目中的怪物位置是grid[i][j]==1,而障碍物是其他值?需要明确。假设玩家需要消灭所有怪物,即所有grid[i][j] ==1的位置,而起点是(0,0)。网格中的其他位置是0表示可通行,或者可能有其他设定。这里需要根据题目描述调整。例如,假设怪物是grid[i][j]=1,起点是(0,0),障碍物是grid[i][j]=2。或者可能题目中的设定不同。这里可能需要更多的信息,但假设用户的问题中,怪物的位置是某些特定的格子,玩家需要访问这些格子,移动时只能通过可通行的格子。综上,Java代码的终实现可能如下:classSolution {publicint shortestPath(int[][]grid){int n= grid.length;intm =grid[0].length;List<int[]>monsters =new ArrayList<>();int[]start =new int[]{0,0};//假设起点是(0,0)for(inti =0; i< n; i++) {for(intj =0; j< m; j++) {if(grid[i][j]==1){ //假设怪物是1monsters.add(newint[]{i,j});}}}intmonsterCount= monsters.size();if(monsterCount==0)return0;//收集所有点:起点+怪物点List<int[]>points =new ArrayList<>();points.add(start);points.addAll(monsters);inttotalPoints =points.size();//预处理距离矩阵int[][] dist= newint[totalPoints][totalPoints];for(inti =0;i <totalPoints; i++) {int[] p= points.get(i);int[][]d= bfs(p[0],p[1],grid);for(intj =0;j <totalPoints; j++) {int[] q= points.get(j);dist[i][j] =d[q[0]][q[1]];if(dist[i][j]== Integer.MAX_VALUE) {return-1; //存在不可达的点}}}//动态规划intallVisited =(1<< monsterCount)-1;int[][] dp= newint[1 <<monsterCount][monsterCount];for (int[]arr: dp) {Arrays.fill(arr, Integer.MAX_VALUE/2);}//初始化:起点到每个怪物点作为第一个访问点for (int u=0;u <monsterCount; u++) {dp[1<< u][u] =dist[0][u +1]; //points中0是起点,怪物点从1开始}//状态转移for(intmask =0; mask< (1 <<monsterCount); mask++) {for(intu =0; u< monsterCount;u++){if ((mask &(1<< u)) ==0) continue;if (dp[mask][u]== Integer.MAX_VALUE/2)continue;for(intv =0;v <monsterCount; v++) {if((mask& (1 <<v))!=0)continue;intnewMask= mask| (1 <<v);intnewTime= dp[mask][u] +dist[u+1][v +1]; //怪物点u+1到v+1的距离if(newTime <dp[newMask][v]) {dp[newMask][v]= newTime;}}}}//查找结果intminTime= Integer.MAX_VALUE;for (int u=0;u <monsterCount; u++) {minTime =Math.min(minTime, dp[allVisited][u]);}return minTime ==Integer.MAX_VALUE /2? -1 :minTime;}private int[][] bfs(int sx, intsy,int[][]grid){int n= grid.length;intm =grid[0].length;int[][] dirs ={{0,1}, {1,0},{0,-1}, {-1,0}};int[][]dist =new int[n][m];for(inti =0;i <n;i++){Arrays.fill(dist[i], Integer.MAX_VALUE);}Queue<int[]> queue= newLinkedList<>();dist[sx][sy] =0;queue.offer(newint[]{sx, sy});while (!queue.isEmpty()) {int[] curr= queue.poll();intx =curr[0],y =curr[1];for(int[] dir: dirs){int nx= x+ dir[0];int ny= y+ dir[1];if (nx >=0&& nx< n&& ny>=0&& ny< m&&grid[nx][ny]!=2){ //假设障碍物是2,不能通过if (dist[nx][ny]== Integer.MAX_VALUE) {dist[nx][ny] =dist[x][y] +1;queue.offer(new int[]{nx, ny});}}}}return dist;} }这里可能存在一些假设需要调整,例如,BFS中的障碍物判断条件。假设题目中的障碍物是2,可通行区域是0或1(怪物点),所以玩家可以经过怪物点,但障碍物是2,无法通过。因此,在BFS中,移动的条件是grid[nx][ny]!=2。这样,玩家可以经过怪物点(值为1),视为可通行区域。这样预处理的距离矩阵将包含从起点到怪物点的短路径,以及怪物点之间的短路径,允许路径经过其他怪物点。现在,测试这个代码是否符合题目的要求。例如,对于某个测试用例:假设网格是: [[0,1,0],[0,2,0],[0,1,0]] 这里,起点是(0,0),怪物在(0,1)和(2,1)。障碍物在(1,1)。预处理的距离矩阵中,起点到第一个怪物点(0,1)的距离是1,无法到达第二个怪物点(2,1),因为路径被障碍物阻挡。因此,整个问题无解,返回-1.或者,如果存在路径绕过障碍物,例如,更大的网格,可能路径存在。 综上,这段代码应该能够处理大多数情况,但在预处理时,如果发现任何两个必须访问的点之间无法到达,则直接返回-1.但是,在预处理阶段,当计算起点到每个怪物点的距离时,如果某个怪物点无法到达,则整个问题无解。同样,如果某个怪物点无法到达其他怪物点,则可能无法形成路径,导致返回-1.但动态规划的状态转移可能会通过中间点间接连接,例如,A到B不可达,但A到C,C到B可达,因此路径A→C→B的总距离是A到C加C到B。因此,预处理阶段中的距离矩阵必须包含所有点之间的短距离,而不仅仅直达距离。因此,BFS计算的是两点之间的全局短路径,无论是否经过其他点。因此,预处理的距离矩阵是正确的,动态规划的状态转移会正确计算总时间。 综上,这个Java代码应该能够解决问题。</think>### 思路分析 题目要求找到消灭所有怪物的短时间,可转化为旅行商问题(TSP)的变形。核心步骤如下: 1. **预处理短路径**:通过 BFS 计算起点到所有怪物点、以及怪物点之间的短距离[^1]。 2. **动态规划状态设计**:用二进制掩码表示已访问的怪物集合,$dp[\text{mask}][u]$ 表示在状态 $\text{mask}$ 下,当前位于第 $u$ 个怪物的短时间。 3. **状态转移**:从已访问的怪物集合出发,遍历未访问的怪物点,更新短时间。 ### Java 代码实现 ```java import java.util.*; class Solution { public int shortestPath(int[][] grid) { int n = grid.length, m = grid[0].length; List<int[]> monsters = new ArrayList<>(); int[] start = {0, 0}; // 收集怪物坐标 for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < m; j++) { if (grid[i][j] == 1) { monsters.add(new int[]{i, j}); } } } int monsterCnt = monsters.size(); if (monsterCnt == 0) return 0; // 预处理所有点(起点+怪物点)之间的短距离 List<int[]> points = new ArrayList<>(); points.add(start); points.addAll(monsters); int totalPoints = points.size(); int[][] dist = new int[totalPoints][totalPoints]; for (int i = 0; i < totalPoints; i++) { int[][] d = bfs(points.get(i)[0], points.get(i)[1], grid); for (int j = 0; j < totalPoints; j++) { int[] p = points.get(j); dist[i][j] = d[p[0]][p[1]]; if (dist[i][j] == Integer.MAX_VALUE) return -1; } } // 动态规划初始化 int allVisited = (1 << monsterCnt) - 1; int[][] dp = new int[1 << monsterCnt][monsterCnt]; for (int[] arr : dp) Arrays.fill(arr, Integer.MAX_VALUE / 2); for (int u = 0; u < monsterCnt; u++) { dp[1 << u][u] = dist[0][u + 1]; } // 状态转移 for (int mask = 0; mask < (1 << monsterCnt); mask++) { for (int u = 0; u < monsterCnt; u++) { if ((mask & (1 << u)) == 0 || dp[mask][u] == Integer.MAX_VALUE / 2) continue; for (int v = 0; v < monsterCnt; v++) { if ((mask & (1 << v)) != 0) continue; int newMask = mask | (1 << v); dp[newMask][v] = Math.min(dp[newMask][v], dp[mask][u] + dist[u + 1][v + 1]); } } } // 计算结果 int minTime = Integer.MAX_VALUE; for (int u = 0; u < monsterCnt; u++) { minTime = Math.min(minTime, dp[allVisited][u]); } return minTime == Integer.MAX_VALUE / 2 ? -1 : minTime; } // BFS 计算单源短路径 private int[][] bfs(int sx, int sy, int[][] grid) { int n = grid.length, m = grid[0].length; int[][] dirs = {{0, 1}, {1, 0}, {0, -1}, {-1, 0}}; int[][] dist = new int[n][m]; for (int[] arr : dist) Arrays.fill(arr, Integer.MAX_VALUE); Queue<int[]> queue = new LinkedList<>(); queue.offer(new int[]{sx, sy}); dist[sx][sy] = 0; while (!queue.isEmpty()) { int[] curr = queue.poll(); int x = curr[0], y = curr[1]; for (int[] dir : dirs) { int nx = x + dir[0], ny = y + dir[1]; if (nx >= 0 && nx < n && ny >= 0 && ny < m && grid[nx][ny] != 2) { if (dist[nx][ny] > dist[x][y] + 1) { dist[nx][ny] = dist[x][y] + 1; queue.offer(new int[]{nx, ny}); } } } } return dist; } } ``` ### 关键点说明 1. **预处理距离矩阵**:通过 BFS 计算起点与怪物点之间的短路径,确保后续动态规划能正确累加时间[^1]。 2. **状态压缩动态规划**:掩码表示已访问的怪物集合,时间复杂度为 $O(2^m \cdot m^2)$,适用于 $m \leq 15$ 的场景。 3. **边界条件处理**:若存在不可达的点,直接返回 $-1$。 ### 相关问题 1. 如何优化预处理 BFS 的时间复杂度? 2. 动态规划中如何避免整数溢出? 3. 如何处理网格中存在多个起点的情况?
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