[leetcode] Dungeon game

本文探讨了一个骑士在迷宫中寻找公主的问题,通过两种方法确定骑士初始所需的最小生命值:一是使用Dijkstra算法,二是采用动态规划方法。文章详细介绍了这两种方法的具体实现。
The knight has an initial health point represented by a positive integer. If at any point his health point drops to 0 or below, he dies immediately.

Some of the rooms are guarded by demons, so the knight loses health (negative integers) upon entering these rooms; other rooms are either empty (0's) or contain magic orbs that increase the knight's health (positive integers).

In order to reach the princess as quickly as possible, the knight decides to move only rightward or downward in each step.

Write a function to determine the knight's minimum initial health so that he is able to rescue the princess.

For example, given the dungeon below, the initial health of the knight must be at least 7 if he follows the optimal path RIGHT-> RIGHT -> DOWN -> DOWN.

-2 (K) -3 3
-5          -10    1
10          30    -5 (P)

Notes:
The knight's health has no upper bound.

Any room can contain threats or power-ups, even the first room the knight enters and the bottom-right room where the princess is imprisoned.


Solution 1: Dijkstra 单元最短路

Dijkstra 算法不能求解有负权边的图,而这题的图存在负权边,之所以可以用Dijkstra是因为题目不是求在终点的最大HP,而是路径中的最大HP的最小值。

由于Dijkstra每次选取与起始点最近的节点更新,即尽量使HP大,所以答案不可能比当前HP小。

class Solution {
public:
    class loc
    {
        public:
        bool operator<( const loc &b ) const
        {
            return val < b.val;
        }
        loc( int _x, int _y, int _val ) : x(_x), y(_y), val(_val) { }
        int x, y;
        int val;
    };
    
    int calculateMinimumHP(vector<vector<int>>& dungeon) {
        int m = dungeon.size();
        if( m == 0 ) return 0;
        int n = dungeon[0].size();
        int i, j;
        for( i = 0; i < m; i++ )
        {
            vector<int> tmp;
            tmp.assign( n, -1e9 );
            mark.push_back( tmp );
        }
        priority_queue<loc> q;
        loc start(0, 0, dungeon[0][0]);
        q.push( start );
        
        int min = dungeon[0][0];
        while( !q.empty() )
        {
            loc cur = q.top();
            q.pop();
            if( cur.val < min ) min = cur.val;
            if( cur.x == m-1 && cur.y == n-1 )
            {
                break;
            }
            if( cur.val < mark[cur.x][cur.y] ) continue;
            mark[cur.x][cur.y] = cur.val;
            if( cur.x+1 < m )
            {
                loc next( cur.x+1, cur.y, cur.val+dungeon[cur.x+1][cur.y] );
                q.push( next );
            }
            if( cur.y+1 < n )
            {
                loc next( cur.x, cur.y+1, cur.val+dungeon[cur.x][cur.y+1] );
                q.push( next );
            }
        }
        if( min > 0 ) return 1;
        return -min+1;
    }
    
    vector<vector<int>> mark;
};

Solution 2: DP

若在某点(i,j),已知(i+1,j)和(i,j+1)的答案为a和b,那么可得在点(i,j)的答案为

Max( 1, Min( dp[i+1][j], dp[i][j+1] ) - dungeon[i][j] )

class Solution {
public:
    int calculateMinimumHP(vector<vector<int>>& dungeon) {
        int m = dungeon.size();
        if( m == 0 ) return 1;
        int n = dungeon[0].size();
        
        int dp[m][n];
        int i, j;
        dp[m-1][n-1] = max( 1, 1-dungeon[m-1][n-1] );
        for( i = m-2; i >= 0; i-- )
            dp[i][n-1] = max( 1, dp[i+1][n-1]-dungeon[i][n-1] );
        for( j = n-2; j >= 0; j-- )
            dp[m-1][j] = max( 1, dp[m-1][j+1]-dungeon[m-1][j] );
        for( i = m-2; i >= 0; i-- )
        {
            for( j = n-2; j >= 0; j-- )
            {
                dp[i][j] = max( 1, min(dp[i+1][j], dp[i][j+1])-dungeon[i][j] );
            }
        }
        
        return dp[0][0];
    }
    
    inline int max( int a, int b )
    {
        return (a>b)? a:b;
    }
    
    inline int min( int a, int b )
    {
        return (a<b)? a:b;
    }
};


本项目采用C++编程语言结合ROS框架构建了完整的双机械臂控制系统,实现了Gazebo仿真环境下的协同运动模拟,并完成了两台实体UR10工业机器人的联动控制。该毕业设计在答辩环节获得98分的优异成绩,所有程序代码均通过系统性调试验证,保证可直接部署运行。 系统架构包含三个核心模块:基于ROS通信架构的双臂协调控制器、Gazebo物理引擎下的动力学仿真环境、以及真实UR10机器人的硬件接口层。在仿真验证阶段,开发了双臂碰撞检测算法和轨迹规划模块,通过ROS控制包实现了末端执行器的同步轨迹跟踪。硬件集成方面,建立了基于TCP/IP协议的实时通信链路,解决了双机数据同步和运动指令分发等关键技术问题。 本资源适用于自动化、机械电子、人工智能等专业方向的课程实践,可作为高年级课程设计、毕业课题的重要参考案例。系统采用模块化设计理念,控制核心与硬件接口分离架构便于功能扩展,具备工程实践能力的学习者可在现有框架基础上进行二次开发,例如集成视觉感知模块或优化运动规划算法。 项目文档详细记录了环境配置流程、参数调试方法和实验验证数据,特别说明了双机协同作业时的时序同步解决方案。所有功能模块均提供完整的API接口说明,便于使用者快速理解系统架构并进行定制化修改。 资源来源于网络分享,仅用于学习交流使用,请勿用于商业,如有侵权请联系我删除!
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