【LeetCode 笔记】DFS & BFS

电影院选座

记录一下最近的笔试题

在某区域中,找出连续空闲区域的最大范围

题目描述

看电影选座位,座位用m*n的二维矩阵表示,用1代表该座位已选,0代表未选。求选择出最大的相邻空座位个数(上下左右为相邻)。

示例一:
  • 输入:
4
7
1 0 0 1 0 0 0
1 0 0 0 0 1 1
0 0 0 1 0 0 0
1 1 0 1 1 0 0
  • 输出:
18
示例二:
  • 输入:
4
7
1 0 0 1 0 0 0
1 0 0 1 0 1 1
0 0 0 1 0 0 0
1 1 0 1 1 0 0
  • 输出:
9

解题思路

1. 递归

查找所有未访问过的坐标点,从某一点开始,递归遍历某点的上下左右,直到所有坐标点都访问过。

class Solution {
    public int maxContinuousVacantSeatsNum(int[][] nums, int m, int n) {
        if (m <= 0 || n <= 0) {
            return 0;
        }
        boolean[][] visited = new boolean[m][n];

        for (int i = 0; i < m; i++) {
            for (int j = 0; j < n; j++) {
                if (nums[i][j] == 1) {
                    visited[i][j] = true;
                }
            }
        }

        for (int i = 0; i < m; i++) {
            for (int j = 0; j < n; j++) {
                // 访问过的坐标点直接跳过
                if (visited[i][j]) {
                    continue;
                }
                int res = dfs(nums, m, n, i, j, visited);
                ans = Math.max(ans, res);
            }
        }
        return ans;
    }

    public int dfs(int[][] nums, int m, int n, int startX, int startY, boolean[][] visited) {
        if (startX >= m || startY >= n || startX < 0 || startY < 0 || visited[startX][startY]) {
            return 0;
        }
        visited[startX][startY] = true;
        return 1 + dfs(nums, m, n, startX + 1, startY, visited) + dfs(nums, m, n, startX - 1, startY, visited) + dfs(nums, m, n, startX, startY + 1, visited) + dfs(nums, m, n, startX, startY - 1, visited);
    }
}
2. BFS

使用队列记录压缩的二维坐标,这里注意矩阵坐标的对称性,要分为上、下三角矩阵来存储坐标信息。

class Solution {
    public int maxContinuousVacantSeatsNum(int[][] nums, int m, int n) {
        if (m <= 0 || n <= 0) {
            return 0;
        }
        boolean[][] visited = new boolean[m][n];

        for (int i = 0; i < m; i++) {
            for (int j = 0; j < n; j++) {
                if (nums[i][j] == 1) {
                    visited[i][j] = true;
                }
            }
        }

        for (int i = 0; i < m; i++) {
            for (int j = 0; j < n; j++) {
                if (visited[i][j]) {
                    continue;
                }
                int res = bfs(nums, m, n, i, j, visited);
                ans = Math.max(ans, res);
            }
        }
        return ans;
    }

    public int bfs(int[][] nums, int m, int n, int startX, int startY, boolean[][] visited) {
        // 主对角线下三角矩阵队列
        Queue<Integer> queue1 = new LinkedList<>();
        // 主对角线上三角矩阵队列
        Queue<Integer> queue2 = new LinkedList<>();
        int count = 0;
        if (startX >= startY) {
            queue1.offer(startX * n + startY);
        } else {
            queue2.offer(startX * n + startY);
        }
        while (!queue1.isEmpty() || !queue2.isEmpty()) {
            int dot = !queue1.isEmpty() ? queue1.poll() : queue2.poll();
            // 上三角矩阵和下三角矩阵,关于主对角线对称的部分,其压缩计算后的值相同,因此需要根据row和col的大小分别计算存取
            int row = dot / n, col = dot % n;
            if (row >= m || col >= n) {
                continue;
            }
            if (!visited[row][col]) {
                visited[row][col] = true;
                if (row >= col) {
                    queue1.offer(row * n + col);
                } else {
                    queue2.offer(row * n + col);
                }
                count++;
            }
            if (col < n - 1 && !visited[row][col + 1]) {
                visited[row][col + 1] = true;
                if (row >= col + 1) {
                    queue1.offer(row * n + col + 1);
                } else {
                    queue2.offer(row * n + col + 1);
                }
                count++;
            }
            if (col > 0 && !visited[row][col - 1]) {
                visited[row][col - 1] = true;
                if (row >= col - 1) {
                    queue1.offer(row * n + col - 1);
                } else {
                    queue2.offer(row * n + col - 1);
                }
                count++;
            }
            if (row < m - 1 && !visited[row + 1][col]) {
                visited[row + 1][col] = true;
                if (row + 1 >= col) {
                    queue1.offer((row + 1) * n + col);
                } else {
                    queue2.offer((row + 1) * n + col);
                }
                count++;
            }
            if (row > 0 && !visited[row - 1][col]) {
                visited[row - 1][col] = true;
                if (row - 1 >= col) {
                    queue1.offer((row - 1) * n + col);
                } else {
                    queue2.offer((row - 1) * n + col);
                }
                count++;
            }
        }
        return count;
    }
}

全部代码

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        // 输入次数
        int k = scanner.nextInt();
        for (int c = 0; c < k; c++) {
            int m = scanner.nextInt(), n = scanner.nextInt();
            int[][] nums = new int[m][n];
            for (int i = 0; i < m; i++) {
                for (int j = 0; j < n; j++) {
                    nums[i][j] = scanner.nextInt();
                }
            }
            Main main = new Main();
            System.out.println(main.maxContinuousVacantSeatsNum(nums, m, n));
        }
    }

    private int ans = Integer.MIN_VALUE;

    public int maxContinuousVacantSeatsNum(int[][] nums, int m, int n) {
        if (m <= 0 || n <= 0) {
            return 0;
        }
        boolean[][] visited = new boolean[m][n];

        for (int i = 0; i < m; i++) {
            for (int j = 0; j < n; j++) {
                if (nums[i][j] == 1) {
                    visited[i][j] = true;
                }
            }
        }

        for (int i = 0; i < m; i++) {
            for (int j = 0; j < n; j++) {
                if (visited[i][j]) {
                    continue;
                }
                int res = dfs(nums, m, n, i, j, visited);
                ans = Math.max(ans, res);
            }
        }
        return ans;
    }

    public int dfs(int[][] nums, int m, int n, int startX, int startY, boolean[][] visited) {
        if (startX >= m || startY >= n || startX < 0 || startY < 0 || visited[startX][startY]) {
            return 0;
        }
        visited[startX][startY] = true;
        return 1 + dfs(nums, m, n, startX + 1, startY, visited) + dfs(nums, m, n, startX - 1, startY, visited) + dfs(nums, m, n, startX, startY + 1, visited) + dfs(nums, m, n, startX, startY - 1, visited);
    }

    public int bfs(int[][] nums, int m, int n, int startX, int startY, boolean[][] visited) {
        // 主对角线下三角矩阵队列
        Queue<Integer> queue1 = new LinkedList<>();
        // 主对角线上三角矩阵队列
        Queue<Integer> queue2 = new LinkedList<>();
        int count = 0;
        if (startX >= startY) {
            queue1.offer(startX * n + startY);
        } else {
            queue2.offer(startX * n + startY);
        }
        while (!queue1.isEmpty() || !queue2.isEmpty()) {
            int dot = !queue1.isEmpty() ? queue1.poll() : queue2.poll();
            // 上三角矩阵和下三角矩阵,关于主对角线对称的部分,其压缩计算后的值相同,因此需要根据row和col的大小分别计算存取
            int row = dot / n, col = dot % n;
            if (row >= m || col >= n) {
                continue;
            }
            if (!visited[row][col]) {
                visited[row][col] = true;
                if (row >= col) {
                    queue1.offer(row * n + col);
                } else {
                    queue2.offer(row * n + col);
                }
                count++;
            }
            if (col < n - 1 && !visited[row][col + 1]) {
                visited[row][col + 1] = true;
                if (row >= col + 1) {
                    queue1.offer(row * n + col + 1);
                } else {
                    queue2.offer(row * n + col + 1);
                }
                count++;
            }
            if (col > 0 && !visited[row][col - 1]) {
                visited[row][col - 1] = true;
                if (row >= col - 1) {
                    queue1.offer(row * n + col - 1);
                } else {
                    queue2.offer(row * n + col - 1);
                }
                count++;
            }
            if (row < m - 1 && !visited[row + 1][col]) {
                visited[row + 1][col] = true;
                if (row + 1 >= col) {
                    queue1.offer((row + 1) * n + col);
                } else {
                    queue2.offer((row + 1) * n + col);
                }
                count++;
            }
            if (row > 0 && !visited[row - 1][col]) {
                visited[row - 1][col] = true;
                if (row - 1 >= col) {
                    queue1.offer((row - 1) * n + col);
                } else {
                    queue2.offer((row - 1) * n + col);
                }
                count++;
            }
        }
        return count;
    }
}

剑指 Offer II 105. 岛屿的最大面积

这道题与上面的题类似

题目描述

给定一个由 0 和 1 组成的非空二维数组 grid ,用来表示海洋岛屿地图。

一个 岛屿 是由一些相邻的 1 (代表土地) 构成的组合,这里的「相邻」要求两个 1 必须在水平或者竖直方向上相邻。你可以假设 grid 的四个边缘都被 0(代表水)包围着。

找到给定的二维数组中最大的岛屿面积。如果没有岛屿,则返回面积为 0 。

题解

class Solution {
    private int ans = 0;

    public int maxAreaOfIsland(int[][] grid) {
        int m = grid.length, n = grid[0].length;
        for (int i = 0; i < m; i++) {
            for (int j = 0; j < n; j++) {
                if (grid[i][j] == 0)    continue;
                ans = Math.max(ans, dfs(grid, i, j, m, n));
            }
        }
        return ans;
    }

    public int dfs(int[][] grid, int startX, int startY, int m, int n) {
        if (startX < 0 || startY < 0 || startX >= m || startY >= n || grid[startX][startY] == 0) {
            return 0;
        }
        grid[startX][startY] = 0;
        return 1 + dfs(grid, startX + 1, startY, m, n) + dfs(grid, startX - 1, startY, m, n) + dfs(grid, startX, startY + 1, m, n) + dfs(grid, startX, startY - 1, m, n);
    }
}

2249. 统计圆内格点数目

题目描述

给你一个二维整数数组 circles ,其中 circles[i] = [xi, yi, ri] 表示网格上圆心为 (xi, yi) 且半径为 ri 的第 i 个圆,返回出现在 至少一个 圆内的 格点数目

注意:

  • 格点 是指整数坐标对应的点。
  • 圆周上的点 也被视为出现在圆内的点。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
提示:

  • 1 <= circles.length <= 200
  • circles[i].length == 3
  • 1 <= xi, yi <= 100
  • 1 <= ri <= min(xi, yi)

解题思路

思路一:暴力解法,直接遍历

根据题目的要求,需要将circles数组里面所有的圆遍历一遍,才能知道所有圆内点。又根据提示可知,本题的数据范围很小,可以用暴力解法。但是圆的数目是有限的,因此可以利用圆心和半径来确定遍历范围:(minX, minY)到(maxX, maxY);然后再在坐标系中遍历坐标点。

class Solution {
    public int countLatticePoints(int[][] circles) {
        int ans = 0;
        int minX = Integer.MAX_VALUE, maxX = 0, minY = Integer.MAX_VALUE, maxY = 0;

        for (int[] c : circles) {
            minX = Math.min(minX, c[0] - c[2]);
            maxX = Math.max(maxX, c[0] + c[2]);
            minY = Math.min(minY, c[1] - c[2]);
            maxY = Math.max(maxY, c[1] + c[2]);
        }

        for (int i = minX; i <= maxX; i++) {
            for (int j = minY; j <= maxY; j++) {
                for (int[] c: circles) {
                    if ((i - c[0]) * (i - c[0]) + (j - c[1]) * (j - c[1]) <= c[2] * c[2]) {
                        ans++;
                        break;
                    }
                }
            }
        }
        return ans;
    }
}
思路二:DFS

这道题的DFS效果不是很好(如图所示),因为有大量的坐标被重复计算。在这里插入图片描述

错误做法

用四个visited数组分别记录坐标系的四个象限,防止越界。每次递归根据一个点的上下、左右是否被访问过来累计计算。

class Solution {
    boolean[][] visited1 = new boolean[110][110];
    boolean[][] visited2 = new boolean[110][110];
    boolean[][] visited3 = new boolean[110][110];
    boolean[][] visited4 = new boolean[110][110];

    public int countLatticePoints(int[][] circles) {
        int m = circles.length;
        int ans = 0;
        for (int i = 0; i < m; i++) {
            ans += dfs(circles[i], circles[i][0], circles[i][1]);
        }
        return ans;
    }

    public int dfs(int[] nums, int startX, int startY) {
        if (!isInside(startX, startY, nums[0], nums[1], nums[2])) {
            return 0;
        }
        if (startX >= 0 && startY >= 0) {
            if (visited1[startX][startY]) return 0;
            visited1[startX][startY] = true;
        } else if (startX < 0 && startY >= 0) {
            if (visited2[-startX][startY]) return 0;
            visited2[-startX][startY] = true;
        } else if (startX < 0) {
            if (visited3[-startX][-startY]) return 0;
            visited3[-startX][-startY] = true;
        } else {
            if (visited4[startX][-startY]) return 0;
            visited4[startX][-startY] = true;
        }


        return 1 + dfs(nums, startX - 1, startY) + dfs(nums, startX, startY - 1) + dfs(nums, startX, startY + 1) + dfs(nums, startX + 1, startY);
    }

    public boolean isInside(int x, int y, int x0, int y0, int r) {
        return (x - x0) * (x - x0) + (y - y0) * (y - y0) <= r * r;
    }
}

但是这样做会出现一个bug:
在这里插入图片描述
因为dfs在遍历每个圆的过程中,如果将某一点 A 访问,发现 A 在边界上并且它周围的坐标不在这个圆内,但是其中一点 B 在另外一个圆中,因此在后续遍历可能访问不到这个点,会漏掉计算。修复这个bug可以利用两种visited数组来记录,如果一个数组内没有记录访问这个圆内点,那么就对其进行访问,下面采用减少数组后的方法来做(避免越界):

class Solution {
    boolean[][] visited = new boolean[310][310];
    boolean[][] visited1;
    public int countLatticePoints(int[][] circles) {
        int m = circles.length;
        int ans = 0;
        for (int i = 0; i < m; i++) {
            visited1 = new boolean[310][310];
            ans += dfs(circles[i], circles[i][0], circles[i][1]);
        }
        return ans;
    }

    public int dfs(int[] nums, int startX, int startY) {
        if (!isInside(startX, startY, nums[0], nums[1], nums[2])) {
            return 0;
        }
        if (visited1[startX + 100][startY + 100]) {
            return 0;
        } 
        visited1[startX + 100][startY + 100] = true;
        int flag = 0;
        if (!visited[startX + 100][startY + 100]) {
            flag = 1;
        }
        visited[startX + 100][startY + 100] = true;

        return flag + dfs(nums, startX - 1, startY) + dfs(nums, startX, startY - 1) + dfs(nums, startX, startY + 1) + dfs(nums, startX + 1, startY);
    }

    public boolean isInside(int x, int y, int x0, int y0, int r) {
        return (x - x0) * (x - x0) + (y - y0) * (y - y0) <= r * r;
    }
}

473. 火柴拼正方形

题目描述

在这里插入图片描述

解题思路

【DFS 回溯】根据题意,要使得用 所有的火柴 拼成正方形,则每条边长都必须相等 => 可以将边长看作四个桶,每个的容量为火柴总长度/4。

  • 若能恰好装满四个桶,return true
  • 否则,return false

优化:从大到小排列火柴,若大的超过了桶的容量,则表明溢出,跳过后续遍历。

class Solution {
    public boolean makesquare(int[] matchsticks) {
        int totalLen = Arrays.stream(matchsticks).sum();
        if (totalLen % 4 != 0) {
            return false;
        }
        Arrays.sort(matchsticks);
        for (int i = 0, j = matchsticks.length - 1; i < j; i++, j--) {
            int temp = matchsticks[i];
            matchsticks[i] = matchsticks[j];
            matchsticks[j] = temp;
        }
        int[] edges = new int[4];
        return dfs(0, matchsticks, edges, totalLen / 4);
    }

    public boolean dfs(int index, int[] matchsticks, int[] edges, int len) {
        if (index == matchsticks.length) {
            return true;
        }
        for (int i = 0; i < edges.length; i++) {
            edges[i] += matchsticks[index];
            if (edges[i] <= len && dfs(index + 1, matchsticks, edges, len)) {
                return true;
            }
            edges[i] -= matchsticks[index];
        }
        return false;
    }
}
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