leetcode 329. Longest Increasing Path in a Matrix

本文探讨了在给定整数矩阵中寻找最长递增路径的问题,并提供了三种解决方案:使用拓扑排序计算入度的方法、深度优先搜索(DFS)方法以及采用记忆化搜索优化的方案。通过具体实例展示了不同方法的实现细节。

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329. Longest Increasing Path in a Matrix

Given an integer matrix, find the length of the longest increasing path.

From each cell, you can either move to four directions: left, right, up or down. You may NOT move diagonally or move outside of the boundary (i.e. wrap-around is not allowed).

Example 1:

nums = [
  [9,9,4],
  [6,6,8],
  [2,1,1]
]

Return 4
The longest increasing path is [1, 2, 6, 9].

Example 2:

nums = [
  [3,4,5],
  [3,2,6],
  [2,2,1]
]

Return 4
The longest increasing path is [3, 4, 5, 6]. Moving diagonally is not allowed.


1、先用 拓扑 indegree来做。

2、中途 indegree[i * col + j] 写成了 indegree[i* row + j] ,非常不应该。


class Solution {
public:
    int longestIncreasingPath(vector<vector<int>>& matrix) 
    {
        row = matrix.size();
        if (row == 0) return 0;
        col = matrix[0].size();
        indegree = vector<int> (row * col, 0);
        make_indegree(matrix);
        ret = vector<vector<int>> (row, vector<int> (col, 1));
        res = 1;
        for (int i = 0 ; i < row * col; i++)
        {
            if (!find_1(matrix))
                return res;
        }
        return res;
    }
    
private:
    vector<vector<int>> ret;
    vector<int> indegree;
    int row;
    int col;
    int res;
    
    void make_indegree(vector<vector<int>>& matrix)
    {
        int a[4] = {0, 1, 0, -1};
        int b[4] = {1, 0, -1, 0};
        for (int i = 0; i < row; i++)
        {
            for (int j = 0; j < col; j++)
            {
                for (int k = 0; k < 4; k++)
                {
                    if (isvaild(i + a[k], j + b[k]) && matrix[i + a[k]][j + b[k]] < matrix[i][j]) //周围比当前值小 就入度+1
                        indegree[i * col + j] ++; 
                } 
            }
        }
    }
    
    bool find_1(vector<vector<int>>& matrix) //找到一个入度为0的,然后处理周边. 没找到返回false
    {
        int a[4] = {0, 1, 0, -1};
        int b[4] = {1, 0, -1, 0};
        for (int i = 0; i < row; i++)
        {
            for (int j = 0; j < col; j++)
            {
                if (indegree[i * col + j] == 0) //找到入度为0的, 海拔最低的
                {
                    indegree[i * col + j] = -1;
                    for (int k = 0; k < 4; k++)  //周围的入度变化
                    {
                        if (isvaild(i + a[k], j + b[k]) && matrix[i + a[k]][j + b[k]] > matrix[i][j]) 
                        {
                            indegree[(i+a[k]) * col + j + b[k]] --;
                            ret[i + a[k]][j + b[k]] = max(ret[i + a[k]][j + b[k]], ret[i][j] + 1);
                            res = max(res, ret[i + a[k]][j + b[k]]);
                        }
                    }
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    } 
    
    bool isvaild(int x, int y)
    {
        return x >= 0 && x < row && y >= 0 && y < col;
    }
};

2、还有一个常规方法,那就是DFS。

找依次找最高点,然后往周围辐射。然后每次DFS刷新。


class Solution {
public:
    int longestIncreasingPath(vector<vector<int>>& matrix) 
    {
        row = matrix.size();
        if (row == 0) return 0;
        col = matrix[0].size();
        ret = vector<vector<int>> (row, vector<int> (col, 1));
        res = 1;
        multimap<int, pair<int, int>, greater<int> > mp;
        for (int i = 0; i < row; i++)
        {
            for (int j = 0 ; j < col; j++)
            {
                mp.insert(make_pair(matrix[i][j], make_pair(i, j)));
            }
        } 
        for (auto it : mp)
        {
            if (ret[it.second.first][it.second.second] == 1)  
                helper(matrix, it.second.first, it.second.second, 1);
        } 
        return res;
    }
    
    void helper(vector<vector<int>>& matrix, int x, int y, int step)
    {
        if (step > ret[x][y]) 
        {
            ret[x][y] = step;
            res = max(res, step);
        }
        
        int a[4] = {0, 1, 0, -1};
        int b[4] = {1, 0, -1, 0};
        
        for (int i = 0; i < 4; i++)
        {
            if (isvaild(x + a[i], y + b[i]) && matrix[x + a[i]][y + b[i]] < matrix[x][y] 
                && ret[x + a[i]][y + b[i]] < ret[x][y] + 1) //找周围比当前点低的点,并且当前步数大于之前遍历过这个点的步数
                helper(matrix, x + a[i], y + b[i], ret[x][y] + 1);                
        }
    }
private:
    vector<vector<int>> ret;
    int res;
    int row;
    int col;
    
    bool isvaild(int x, int y)
    {
        return x >= 0 && x < row && y >= 0 && y < col;
    }
};


最后用记忆化搜索做了一遍。证明记忆化搜索是最快的。

class Solution {
public:
    int longestIncreasingPath(vector<vector<int>>& matrix) 
    {
        row = matrix.size();
        if (row == 0) return 0;
        col = matrix[0].size();
        ret = vector<vector<int>> (row, vector<int> (col, -1));
        res = 1;
        for (int i = 0; i < row; i++)
        {
            for (int j = 0; j < col; j++)
                helper(matrix, i, j);
        }
        return res;
    }
    
    int helper(vector<vector<int>>& matrix, int x, int y)
    {
        if (ret[x][y] != -1)  //每个点只遍历一次 记忆化搜索标准写法
            return ret[x][y];
            
        int a[4] = {0, 1, 0, -1};
        int b[4] = {1, 0, -1, 0};
        
        int retnow = 1;
        for (int i = 0; i < 4; i++)
        {
            if (isvaild(x + a[i], y + b[i]) && matrix[x + a[i]][y + b[i]] < matrix[x][y]) //找周围比当前点低的点
                retnow = max(retnow, helper(matrix, x + a[i], y + b[i]) + 1);                
        }
        ret[x][y] = retnow;
        res = max(res, ret[x][y]); //记忆化搜索标准写法
        return ret[x][y];
    }
private:
    vector<vector<int>> ret; //记忆化搜索
    int res;
    int row;
    int col;
    
    bool isvaild(int x, int y)
    {
        return x >= 0 && x < row && y >= 0 && y < col;
    }
};



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