LintCode 261: Maximum Connected Area (并查集/BFS好题)

本文探讨了在二维矩阵中,通过改变一个0为1,计算最大连通1区域面积的问题。介绍了两种解法,包括使用并查集(union-find)进行连通块面积计算,以及待实现的BFS方法。并查集解法通过将二维坐标转换为一维,先计算所有连通块面积,再遍历0元素,结合四周连通块面积求最大值。

261. Maximum Connected Area

Description

There is a two-dimensional array, only consists of 00 and 11.

You can change a 00 to 11 at most once, please calculate the maximum area of connected 1s1s.

If two 1s1s are adjcent up to down or left to right, they are regrarded connected.

 

the two-dimensional array has nn rows and mm columns, 1≤n,m≤500.

 

Have you met this question in a real interview?  

Clarification

In example, change any 0 to 1, you can get a connection with an area 3.

Example

Input:

[[0,1]

,[1,0]]

Output:

3

解法1:union-find
思路是将2维降1维。然后先按岛屿最大面积的思路把所有连通块都求出来,每个连通块的root存储其面积。
然后再把matrix里面的所有0节点遍历一遍,上下左右4个方向把所有连通块的面积加起来,再加1。然后求所有的0节点所得到的最大值。

注意:这题不能跟 897. Island City 那样只找下和右2个方向。比如input={{1,0,1,0,1}},第1个0只找右边的话就无法将其跟左边的1结合起来。

代码如下:
 

class Solution {
public:
    /**
     * @param matrix: the matrix for calculation.
     * @return: return the max area after operation at most once.
     */
    int maxArea(vector<vector<int>> &matrix) {
          int result = 0;
          int m = matrix.size();
          int n = matrix[0].size();
          father.resize(m * n);
          area.resize(m * n);
          
          // initialize
          for (int i = 0; i < m; ++i) {
              for (int j = 0; j < n; ++j) {
                  if (matrix[i][j] != 0) {
                      father[i * n + j] = i * n + j;
                      area[i * n + j] = 1;
                      non_zero_count++;
                  }
              }
          }

          if (non_zero_count == m * n) {
              return non_zero_count;
          }
          
          //union-find
          for (int i = 0; i < m; ++i) {
              for (int j = 0; j < n; ++j) {
                  if (matrix[i][j] != 0) {
                      
                      for (int k = 0; k < 4; ++k) {
                          int newX = i + dx[k];
                          int newY = j + dy[k];
                          if (newX >= 0 && newX < m && newY >= 0 && newY < n && matrix[newX][newY] != 0) {
                              add(i * n + j, newX * n + newY);
                          }
                      }
                  }
              }
          }

          // go thru the matrix's 0
          for (int i = 0; i < m; ++i) {
              for (int j = 0; j < n; ++j) {
                  if (matrix[i][j] == 0) {
                      int count = 1; 
                      set<int> roots;
                      for (int k = 0; k < 4; ++k) {
                          int newX = i + dx[k];
                          int newY = j + dy[k];
                          if (newX >= 0 && newX < m && newY >= 0 && newY < n && matrix[newX][newY] != 0) {
                              int newRoot = find(newX * n + newY);
                              if (area[newX * n + newY] > 0 && roots.find(newRoot) == roots.end()) {
                                  roots.insert(newRoot);
                                  count += area[newRoot];
                              }
                          }
                      }
                      result = max(result, count);
                  }
              }
          }
          
          return result;
    }
private:
    vector<int> father;
    vector<int> area;
    int count = 0;
    int non_zero_count = 0;
    vector<int> dx = {0, 0, 1, -1};
    vector<int> dy = {1, -1, 0, 0};
    
    int find(int x) {
        if (father[x] == x) return x;
        return father[x] = find(father[x]);
    }
    
    void add(int a, int b) {
        int root_a = find(a);
        int root_b = find(b);
        if (root_a != root_b) {
            father[root_a] = root_b;
            area[root_b] += area[root_a];
        }
    }
};

解法2:BFS

TBD

内容概要:本文设计了一种基于PLC的全自动洗衣机控制系统内容概要:本文设计了一种,采用三菱FX基于PLC的全自动洗衣机控制系统,采用3U-32MT型PLC作为三菱FX3U核心控制器,替代传统继-32MT电器控制方式,提升了型PLC作为系统的稳定性与自动化核心控制器,替代水平。系统具备传统继电器控制方式高/低水,实现洗衣机工作位选择、柔和过程的自动化控制/标准洗衣模式切换。系统具备高、暂停加衣、低水位选择、手动脱水及和柔和、标准两种蜂鸣提示等功能洗衣模式,支持,过GX Works2软件编写梯形图程序,实现进洗衣过程中暂停添加水、洗涤、排水衣物,并增加了手动脱水功能和、脱水等工序蜂鸣器提示的自动循环控制功能,提升了使用的,并引入MCGS组便捷性与灵活性态软件实现人机交互界面监控。控制系统过GX。硬件设计包括 Works2软件进行主电路、PLC接梯形图编程线与关键元,完成了启动、进水器件选型,软件、正反转洗涤部分完成I/O分配、排水、脱、逻辑流程规划水等工序的逻辑及各功能模块梯设计,并实现了大形图编程。循环与小循环的嵌; 适合人群:自动化套控制流程。此外、电气工程及相关,还利用MCGS组态软件构建专业本科学生,具备PL了人机交互C基础知识和梯界面,实现对洗衣机形图编程能力的运行状态的监控与操作。整体设计涵盖了初级工程技术人员。硬件选型、; 使用场景及目标:I/O分配、电路接线、程序逻辑设计及组①掌握PLC在态监控等多个方面家电自动化控制中的应用方法;②学习,体现了PLC在工业自动化控制中的高效全自动洗衣机控制系统的性与可靠性。;软硬件设计流程 适合人群:电气;③实践工程、自动化及相关MCGS组态软件与PLC的专业的本科生、初级信与联调工程技术人员以及从事;④完成PLC控制系统开发毕业设计或工业的学习者;具备控制类项目开发参考一定PLC基础知识。; 阅读和梯形图建议:建议结合三菱编程能力的人员GX Works2仿真更为适宜。; 使用场景及目标:①应用于环境与MCGS组态平台进行程序高校毕业设计或调试与运行验证课程项目,帮助学生掌握PLC控制系统的设计,重点关注I/O分配逻辑、梯形图与实现方法;②为工业自动化领域互锁机制及循环控制结构的设计中类似家电控制系统的开发提供参考方案;③思路,深入理解PL过实际案例理解C在实际工程项目PLC在电机中的应用全过程。控制、时间循环、互锁保护、手动干预等方面的应用逻辑。; 阅读建议:建议结合三菱GX Works2编程软件和MCGS组态软件同步实践,重点理解梯形图程序中各环节的时序逻辑与互锁机制,关注I/O分配与硬件接线的对应关系,并尝试在仿真环境中调试程序以加深对全自动洗衣机控制流程的理解。
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