752. 打开转盘锁

你有一个带有四个圆形拨轮的转盘锁。每个拨轮都有10个数字: '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9' 。每个拨轮可以自由旋转:例如把 '9' 变为  '0''0' 变为 '9' 。每次旋转都只能旋转一个拨轮的一位数字。

锁的初始数字为 '0000' ,一个代表四个拨轮的数字的字符串。

列表 deadends 包含了一组死亡数字,一旦拨轮的数字和列表里的任何一个元素相同,这个锁将会被永久锁定,无法再被旋转。

字符串 target 代表可以解锁的数字,你需要给出最小的旋转次数,如果无论如何不能解锁,返回 -1。

 

示例 1:

输入:deadends = ["0201","0101","0102","1212","2002"], target = "0202"
输出:6
解释:
可能的移动序列为 "0000" -> "1000" -> "1100" -> "1200" -> "1201" -> "1202" -> "0202"。
注意 "0000" -> "0001" -> "0002" -> "0102" -> "0202" 这样的序列是不能解锁的,
因为当拨动到 "0102" 时这个锁就会被锁定。

示例 2:

输入: deadends = ["8888"], target = "0009"
输出:1
解释:
把最后一位反向旋转一次即可 "0000" -> "0009"。

示例 3:

输入: deadends = ["8887","8889","8878","8898","8788","8988","7888","9888"], target = "8888"
输出:-1
解释:
无法旋转到目标数字且不被锁定。

示例 4:

输入: deadends = ["0000"], target = "8888"
输出:-1

 

提示:

  1. 死亡列表 deadends 的长度范围为 [1, 500]
  2. 目标数字 target 不会在 deadends 之中。
  3. 每个 deadendstarget 中的字符串的数字会在 10,000 个可能的情况 '0000''9999' 中产生。
### 转盘算法实现 转盘是一种基于广度优先搜索(BFS)的经典问题。其核心在于通过逐步调整拨轮上的数字来找到目标组合,同时避开死状态。 以下是 Python 实现的一个完整版本: ```python from collections import deque class Solution: def openLock(self, deadends, target): # 将deadends转换为集合以便快速查找 dead_set = set(deadends) if "0000" in dead_set: # 如果起始位置就在死亡数字中,则无法解开 return -1 queue = deque([("0000", 0)]) # 初始化队列,存储当前状态和步数 visited = {"0000"} # 记录已访问的状态,防止重复计算 while queue: current_state, steps = queue.popleft() if current_state == target: # 找到目标状态 return steps for i in range(4): # 遍历每一位拨轮 for move in [-1, 1]: # 上拨或下拨 next_digit = (int(current_state[i]) + move) % 10 # 计算新数字 next_state = current_state[:i] + str(next_digit) + current_state[i+1:] # 更新状态 if next_state not in visited and next_state not in dead_set: # 检查是否合法 visited.add(next_state) queue.append((next_state, steps + 1)) return -1 # 若遍历结束仍未找到解,则返回-1 ``` #### 解释 该代码实现了 BFS 来解决转盘问题。具体逻辑如下: - 使用 `deque` 数据结构作为队列,用于逐层扩展可能的状态。 - 对于每一个状态,尝试对其四位中的每一位分别向上或向下拨动一位,并生成新的状态[^1]。 - 新状态需满足两个条件才能加入队列:不在 `visited` 中且不处于 `deadends` 的范围内[^2]。 - 当发现某个状态等于目标状态时,立即返回对应的步数;若所有可能性均被穷尽而无解,则返回 `-1`。 此方法的时间复杂度主要取决于状态空间大小以及每一步操作的数量,理论上最多需要探索 \(10^4\) 种不同的密码组合[^3]。 ---
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