Leetcode中图的遍历

本文深入探讨了LeetCode中涉及图遍历问题的两个典型例子,通过深度优先搜索(DFS)和广度优先搜索(BFS)解决WordLadder和WordLadderII问题,并对比了它们的效率。同时,文章还分析了一道关于图的遍历题SurroundRegions,指出其在DFS超时的原因,并最终通过BFS优化解决。

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Leetcode中有几道题涉及到图的遍历,即 BFS 和 DFS,两道题都是深度遍历 DFS超时,而 BFS被 AC。这应该不是偶然!


第一道题:Word Ladder

Given two words (start and end), and a dictionary, find the length of shortest transformation sequence fromstart toend, such that:

1. only one letter can be changed at a time

2. Each intermediate word must exist in the dictionary

Given: start="hit", end="cog", dict=["hot", "dot", "dog", "lot", "log"], one shortest transformation is "hit-> hot->dot->dog->cog"

思路:宽度优先遍历,利用queue分别记下遍历的字符串(word)和该字符串的跳数(step);另外 1)遍历'a'-'z'这26个字符,产生下一跳候选集合;其实我一开始并没有想到这个方法,原因是有两层循环。但是如果通过不同的查字典,每一个去对比,同样需要两种循环,如果字典很大,或者字符串很长,则复杂度较于前者更高。2)利用step去记录访问的字符串的跳数也是我没想到的(如果可以的话,可以利用这个标记实现按层次(跳数)遍历图);最先到达终点的即为最短路径。3)图的遍历少不了做标记 visited.

class Solution {
public:
    int ladderLength(string start, string end, unordered_set<string> &dict) {
        unordered_set<string> visited;
        queue<string> q;
        queue<int> step;
    
        q.push(start);
        visited.insert(start);
        step.push(1);
        
        while(!q.empty()){
            string word=q.front();
            int st=step.front();
            q.pop();
            step.pop();
        
            for(int i=0; i<word.length(); i++){
                char saved=word[i];
                for(char c='a'; c<='z'; c++){   
                    word[i]=c;
                    if(word==end) return st+1;
                    if(dict.count(word) && visited.count(word)==0){
                        q.push(word);
                        visited.insert(word);
                        step.push(st+1);
                    }
                }
                word[i]=saved;
            }
        }
        return 0;
    }
};
很重要的一点:想要加速程序运行速度,visited.insert必须紧接着push操作,而不是pop!

第二道题:Word Ladder II

Given two words (start and end), and a dictionary, find all shortest transformation sequence(s) from start to end, such that:

1 . Only one letter can be changed at a time.  

2. Each intermediate word must exist in a dictionary

思路:依旧使用宽度优先遍历算法。这里是要找出所有最短路径。


第三道题:Surround Regions

这是一道典型的图的遍历题。也是DFS不断超时,原因嘛,有人是重复分值太多 !最后改用BFS通过。

思路:这道题不像前面那道题,思路也很直接。找candidates就是在判断当前点的四个方向。貌似这道题没有重复遍历的判断,比较特殊,可以把#理解成标记吧。

class Solution {
public:
    void traverseBoard(vector<vector<char> > &board, int i, int j){
        int M=board.size();
        int N=board[0].size();
    	if(i<0 || j<0 || i==M || j==N)
    		return;
    
    	queue<int> q;
    	q.push(i*N+j);
    	board[i][j]='#';
    	while(!q.empty()){
    		int val=q.front();
    		q.pop();
    		i=val/N;
    		j=val%N;
    		
    		if(i>0 && board[i-1][j]=='O') { q.push((i-1)*N+j); board[i-1][j]='#';}
    		if(i<M-1 && board[i+1][j]=='O'){ q.push((i+1)*N+j);board[i+1][j]='#';}
    		if(j>0 && board[i][j-1]=='O'){ q.push(i*N+j-1);board[i][j-1]='#';}
    		if(j<N-1 && board[i][j+1]=='O'){ q.push(i*N+j+1);board[i][j+1]='#';}
    	}
    }
    
    void solve(vector<vector<char> > &board) {
        if(board.size()==0) return;
        int M=board.size();
        int N=board[0].size();
    	for(int i=0; i<M; i++){
    		for(int j=0; j<N; j++){
    			if(board[i][j]=='O' && (i==0 || j==0 || i==M-1 || j==N-1)){	
    				traverseBoard(board, i, j);	
    			}	
    		}	
    	}    
    	for (int i = 0; i <M; ++i)
            for (int j = 0; j<N; ++j)
                board[i][j] = (board[i][j] == '#') ? 'O' : 'X';
    }
};

第四道题:Clone Graph

Given an undirected graph. Each node in the graph contains a label and a list of neighbors. 

思路:这道题用一般都BFS或者DFS都可以解,但是要用设计好visit数组,这里使用map<int, UndirectedGraphNode*> 将label和节点的地址关联起来,这样通过label就可以得到该节点。

/**
 * Definition for undirected graph.
 * struct UndirectedGraphNode {
 *     int label;
 *     vector<UndirectedGraphNode *> neighbors;
 *     UndirectedGraphNode(int x) : label(x) {};
 * };
 */
class Solution {
public:
    UndirectedGraphNode *cloneGraph(UndirectedGraphNode *node) {
        if(node==NULL) return NULL;
        map<int, UndirectedGraphNode *> visited;
        return doCopyGraphNode(node,visited);
    }
    
    UndirectedGraphNode *doCopyGraphNode(UndirectedGraphNode *node, map<int, UndirectedGraphNode *>& visited){
		UndirectedGraphNode* cnode=new UndirectedGraphNode(node->label);
        visited[node->label]=cnode;
        
        vector<UndirectedGraphNode *>::iterator it=(node->neighbors).begin();
        for(;it!=(node->neighbors).end();it++){
            //如果邻居节点已经被访问过了,则直接放入neighbor中
            if(visited.count((*it)->label)){
                (cnode->neighbors).push_back(visited[(*it)->label]);
            }
            //如果没有被访问过,则需要进行深度拷贝
            else{
                UndirectedGraphNode* onode=doCopyGraphNode(*it,visited);
                (cnode->neighbors).push_back(onode);
            }
        }
        return cnode;
	}
    
};
说明:这道题是带返回值得递归调用,对图进行深度拷贝。


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