笔记-----BFS宽度优先搜索

对于BFS:宽搜第一次搜到就是最小值,并且基于迭代,不会爆栈。


Flood Fill 模型

如果直译的话就是:洪水覆盖,意思就是像是从一个点一圈圈的往外扩散,如果遇见能够连通的就扩散,如果遇见无法联通的就不去扩散,然后再去以扩散出去的点为起点再去扩散。

Flood Fill 可以实现在线性时间复杂度内找到某个点所在的连通块。


例题:

1.AcWing 1097. 池塘计数

农夫约翰有一片 N ∗ M N∗M NM 的矩形土地。

最近,由于降雨的原因,部分土地被水淹没了。

现在用一个字符矩阵来表示他的土地。

每个单元格内,如果包含雨水,则用”W”表示,如果不含雨水,则用”.”表示。

现在,约翰想知道他的土地中形成了多少片池塘。

每组相连的积水单元格集合可以看作是一片池塘。

每个单元格视为与其上、下、左、右、左上、右上、左下、右下八个邻近单元格相连。

请你输出共有多少片池塘,即矩阵中共有多少片相连的 ”W” 块。

输入格式
第一行包含两个整数 N N N M M M
接下来 N N N 行,每行包含 M M M 个字符,字符为 ”W” 或 ”.” ,用以表示矩形土地的积水状况,字符之间没有空格。

输出格式
输出一个整数,表示池塘数目。

数据范围
1 ≤ N , M ≤ 1000 1≤N,M≤1000 1N,M1000

输入样例:

10 12
W........WW.
.WWW.....WWW
....WW...WW.
.........WW.
.........W..
..W......W..
.W.W.....WW.
W.W.W.....W.
.W.W......W.
..W.......W.

输出样例:

3

每次取搜’W’,如果搜到了就去填充连通的所有的’W’并且标记上已经搜过了,然后每发现一滩新的水洼就让答案加1,此题较简单。并且曾经写过DFS的做法:题解博客

BFS:此处使用了便宜量和STL队列,并不和视频中相同

#include<iostream>
#include<queue>
using namespace std;
const int N = 1010;
const int dx[8] = { 0,0,1,-1,1,1,-1,-1 };
const int dy[8] = { 1,-1,0,0,1,-1,1,-1 };
#define pii pair<int,int>
#define x first
#define y secondint n, m;
char g[N][N];
bool st[N][N];void bfs(int ix, int iy) {queue< pii >q;q.push({ ix,iy });st[ix][iy] = 1;while (q.size()) {auto t = q.front(); q.pop();for (int i = 0; i < 8; i++) {int xx = t.x + dx[i], yy = t.y + dy[i];if (xx >= 0 && xx < n && yy >= 0 && yy < m && g[xx][yy] == 'W' && !st[xx][yy]) {q.push({ xx,yy });st[xx][yy] = 1;}}}
}int main(){ios::sync_with_stdio(false);cin.tie(0);cin >> n >> m;for (int i = 0; i < n; i++)cin >> g[i];int cnt = 0;for (int i = 0; i < n; i++) {for (int j = 0; j < m; j++) {if (g[i][j] == 'W' && !st[i][j]) {bfs(i, j);cnt++;}}}cout << cnt;return 0;
}

2.AcWing 1098. 城堡问题

    1   2   3   4   5   6   7  #############################1 #   |   #   |   #   |   |   ######---#####---#---#####---#2 #   #   |   #   #   #   #   ##---#####---#####---#####---#3 #   |   |   #   #   #   #   ##---#########---#####---#---#4 #   #   |   |   |   |   #   ##############################(图 1)#  = Wall   |  = No wall-  = No wall方向:上北下南左西右东。

图1是一个城堡的地形图。

请你编写一个程序,计算城堡一共有多少房间,最大的房间有多大。

城堡被分割成 m ∗ n m∗n mn个方格区域,每个方格区域可以有 0 0 0 ~ 4 4 4面墙。
注意:墙体厚度忽略不计。

输入格式
第一行包含两个整数 m m m n n n,分别表示城堡南北方向的长度和东西方向的长度。

接下来 m m m 行,每行包含 n n n 个整数,每个整数都表示平面图对应位置的方块的墙的特征。

每个方块中墙的特征由数字 P P P 来描述,我们用 1 1 1表示西墙, 2 2 2表示北墙, 4 4 4表示东墙, 8 8 8表示南墙, P P P 为该方块包含墙的数字之和。

例如,如果一个方块的 P 为 3 3 3,则 3 = 1 + 2 3 = 1 + 2 3=1+2,该方块包含西墙和北墙。

城堡的内墙被计算两次,方块 ( 1 , 1 ) (1,1) (1,1) 的南墙同时也是方块 ( 2 , 1 ) (2,1) (2,1) 的北墙。

输入的数据保证城堡至少有两个房间。

输出格式
共两行,第一行输出房间总数,第二行输出最大房间的面积(方块数)。

数据范围
1 ≤ m , n ≤ 50 , 1≤m,n≤50, 1m,n50,
0 ≤ P ≤ 15 0≤P≤15 0P15
输入样例:

4 7 
11 6 11 6 3 10 6 
7 9 6 13 5 15 5 
1 10 12 7 13 7 5 
13 11 10 8 10 12 13 

输出样例:

5
9

此题并不困难,只是一个标准的Flood Fill模型题,只是输入的方式让人感到无语。

只要解决了读入的问题,那么这道题就做出来了。
首先题目读入的时候是读入的数字,并且观察题目的条件就会发现有含义的数字都是特殊的 1 , 2 , 4 , 8 1,2,4,8 1248分别是二进制的时候第一位,第二位,第三位,第四问为 1 1 1。那么只要读入之后,在后续BFS的过程中不再以传统的判断字符的方式来判定是否能走,而是改为读数字的二进制的位数是否为1来判断就好了,这里使用基础课讲过的lowbit()算法来处理。

并且这里要注意,偏移量要和题目给出的顺序来定
因为后续遍历取偏移量的时候,如果我们读到了第一位是0,那么就要往西走,其他的方向要另行判定,如果偏移量乱定的话就会乱走。

再注意:编程里面的坐标轴和数学里是不一样的。以下是定偏移量时考虑的坐标轴。
在这里插入图片描述

#include<iostream>
#include<queue>
using namespace std;
const int N = 55;const int dx[4] = { 0,-1,0,1 };	/*注意这里对偏移量的定义,要严格按照题目给出的西,北,东,南的顺序来*/
const int dy[4] = { -1,0,1,0 };	#define pii pair<int,int>
#define x first
#define y secondint n, m;
int g[N][N];
bool st[N][N];int bfs(int ix, int iy) {queue<pii>q;int s = 0;q.push({ ix,iy });st[ix][iy] = 1;while (q.size()) {auto t = q.front();s++;	//每次出队,说明有一个空地q.pop();for (int i = 0; i < 4; i++) {int xx = t.x + dx[i], yy = t.y + dy[i];//这里g[t.x][t.y] >> i & 1代表寻找当前i这一位是不是一//i为0,第1为是1,说明西边有墙,i为1时,第二位为1,说明北边有墙,以此类推if (xx >= 0 && xx<n && yy >= 0 && yy<m && !st[xx][yy] && !(g[t.x][t.y]>>i & 1)) {q.push({ xx,yy });st[xx][yy] = 1;}}}return s;
}int main() {cin >> n >> m;for (int i = 0; i < n; i++) {for (int j = 0; j < m; j++) {cin >> g[i][j];}}int cnt = 0;int res = 0;for (int i = 0; i < n; i++) {for (int j = 0; j < m; j++) {if (!st[i][j]) {res = max(res, bfs(i, j));cnt++;}}}cout << cnt << endl;cout << res << endl;return 0;
}

3.AcWing 1106. 山峰和山谷

FGD小朋友特别喜欢爬山,在爬山的时候他就在研究山峰和山谷。

为了能够对旅程有一个安排,他想知道山峰和山谷的数量。

给定一个地图,为FGD想要旅行的区域,地图被分为 n × n n×n n×n 的网格,每个格子 ( i , j ) (i,j) (i,j) 的高度 w ( i , j ) w(i,j) w(i,j) 是给定的。

若两个格子有公共顶点,那么它们就是相邻的格子,如与 ( i , j ) (i,j) (i,j) 相邻的格子有 ( i − 1 , j − 1 ) , ( i − 1 , j ) , ( i − 1 , j + 1 ) , ( i , j − 1 ) , ( i , j + 1 ) , ( i + 1 , j − 1 ) , ( i + 1 , j ) , ( i + 1 , j + 1 ) (i−1,j−1),(i−1,j),(i−1,j+1),(i,j−1),(i,j+1),(i+1,j−1),(i+1,j),(i+1,j+1) (i1,j1),(i1,j),(i1,j+1),(i,j1),(i,j+1),(i+1,j1),(i+1,j),(i+1,j+1)

我们定义一个格子的集合 S S S 为山峰(山谷)当且仅当:

  • S S S 的所有格子都有相同的高度。
  • S S S 的所有格子都连通。
  • 对于 s s s 属于 S S S,与 s s s 相邻的 s ′ s′ s 不属于 S S S,都有 w s > w s ′ ws>ws′ ws>ws(山峰),或者 w s < w s ′ ws<ws′ ws<ws(山谷)。

如果周围不存在相邻区域,则同时将其视为山峰和山谷。

你的任务是,对于给定的地图,求出山峰和山谷的数量,如果所有格子都有相同的高度,那么整个地图即是山峰,又是山谷。

输入格式
第一行包含一个正整数 n n n,表示地图的大小。
接下来一个 n × n n×n n×n 的矩阵,表示地图上每个格子的高度 w w w

输出格式
共一行,包含两个整数,表示山峰和山谷的数量。

数据范围
1 ≤ n ≤ 1000 , 1≤n≤1000, 1n1000,
0 ≤ w ≤ 1 0 9 0≤w≤10^9 0w109

输入样例1:

5
8 8 8 7 7
7 7 8 8 7
7 7 7 7 7
7 8 8 7 8
7 8 8 8 8

输出样例1:

2 1

输入样例2:

5
5 7 8 3 1
5 5 7 6 6
6 6 6 2 8
5 7 2 5 8
7 1 0 1 7

输出样例2:

3 3

同样是一道Flood Fill模型题,本题需要搜两种连通块的数量。

从题目中需要注意的点:

  • 如果一个点周围既有低的点又有高的点,那这个点既不算山峰也不算山谷
  • 如果一个点周围既没有高的点有没有低的点,那这个点既是山峰又是山谷

搜的时候需要注意的点:

  • 在搜的时候如果扩展到了搜过的点不能直接跳,因为这个点需要用来判别当前点是山峰还是山谷。比如你已经搜过了中间的一个比当前点低部分然后你将其直接跳过,那么这个点就可能变为了没有更低的点的情况,产生错误。

代码:

#include<iostream>
#include<queue>
using namespace std;
const int N = 1010;
const int dx[8] = { 1,0,-1,0,1,1,-1,-1 };	//八连通
const int dy[8] = { 0,1,0,-1,1,-1,1,-1 };
#define pii pair<int,int>
#define x first
#define y secondint n;
int g[N][N];
bool st[N][N];
bool has_higher = 0;
bool has_lower = 0;void bfs(int ix, int iy) {queue<pii>q;q.push({ ix,iy });st[ix][iy] = 1;while (q.size()) {auto t = q.front();q.pop();for (int i = 0; i < 8; i++) {int xx = t.x + dx[i], yy = t.y + dy[i];//这里先不排除搜过的点,如果排除的话会导致没办法判清楚山峰山谷if (xx >= 1 && xx <= n && yy >= 1 && yy <= n) {	if (g[xx][yy] > g[t.x][t.y])has_higher = 1;		//有比当前点高的点else if (g[xx][yy] < g[t.x][t.y])has_lower = 1;	//有比当前点低的点else {						//如果是相等的,也就是连通起来的if (!st[xx][yy]) {		//如果没搜过就压入队列st[xx][yy] = 1;q.push({ xx,yy });}}}}}
}int main() {cin >> n;for (int i = 1; i <= n; i++) {for (int j = 1; j <= n; j++) {cin >> g[i][j];}}int valley = 0;	//记录山谷int peak = 0;	//记录山峰for (int i = 1; i <= n; i++) {for (int j = 1; j <= n; j++) {if (!st[i][j]) {bfs(i, j);//自动排除了又有高的又有低的点if (!has_lower)valley++;	//如果没有更低的点if (!has_higher)peak++;		//如果没有更高的点has_lower = 0;	//重置has_higher = 0;}}}cout << peak << " " << valley << endl;return 0;
}

最短路模型

例题

1.AcWing 1076. 迷宫问题

给定一个 n × n n×n n×n 的二维数组,如下所示:

int maze[5][5] = {0, 1, 0, 0, 0,0, 1, 0, 1, 0,0, 0, 0, 0, 0,0, 1, 1, 1, 0,0, 0, 0, 1, 0,};

它表示一个迷宫,其中的 1 1 1 表示墙壁, 0 0 0 表示可以走的路,只能横着走或竖着走,不能斜着走,要求编程序找出从左上角到右下角的最短路线。

数据保证至少存在一条从左上角走到右下角的路径。

输入格式
第一行包含整数 n n n
接下来 n n n 行,每行包含 n n n 个整数 0 0 0 1 1 1,表示迷宫。

输出格式
输出从左上角到右下角的最短路线,如果答案不唯一,输出任意一条路径均可。

按顺序,每行输出一个路径中经过的单元格的坐标,左上角坐标为 ( 0 , 0 ) (0,0) (0,0),右下角坐标为 ( n − 1 , n − 1 ) (n−1,n−1) (n1,n1)

数据范围
0 ≤ n ≤ 1000 0≤n≤1000 0n1000
输入样例:

5
0 1 0 0 0
0 1 0 1 0
0 0 0 0 0
0 1 1 1 0
0 0 0 1 0

输出样例:

0 0
1 0
2 0
2 1
2 2
2 3
2 4
3 4
4 4

此题要求记录并输出最短路径,因为BFS自己第一次搜出来就一定是一个最短路径,所以直接使用数组记录路径就可以。

要不然就是倒着记录路径正着搜,然后倒着输出,要不然就是倒着搜正着输出。

并且题目要求输出坐标,所以要用pair来存路径。

代码:

#include<iostream>
#include<cstring>
#include<queue>
using namespace std;
#define pii pair<int,int>
#define x first
#define y second
const int N = 1010;
const int dx[4] = { 0,1,0,-1 };
const int dy[4] = { 1,0,-1,0 };int n;
int g[N][N];    
pii next[N][N]; //pair存路径,因为要求输出坐标,同时兼顾判断搜没搜过某点的功能void bfs(int ix, int iy) {queue<pii>q;q.push({ ix,iy });memset(next, -1, sizeof next);  //初始化为-1,用于之后判定是否搜过某点next[ix][iy] = { 0,0 }; //标记上起点while (q.size()) {auto t = q.front();q.pop();for (int i = 0; i < 4; i++) {int xx = t.x + dx[i], yy = t.y + dy[i];//只有0能走if (xx >= 0 && xx < n && yy >= 0 && yy < n && !g[xx][yy] && next[xx][yy].x == -1) {q.push({ xx,yy });next[xx][yy] = t;   //记录路径}}}
}int main() {ios::sync_with_stdio(false);cin.tie(0);cin >> n;for (int i = 0; i < n; i++) {for (int j = 0; j < n; j++) {cin >> g[i][j];}}bfs(n - 1, n - 1);  //倒着搜,从终点找起点,这样得到的路径记录是正着的pii end(0, 0);  //从0 0开始while (1) {cout << end.x << " " << end.y << endl;if (end.x == n - 1 && end.y == n - 1)break; //当输出完终点之后就breakend = next[end.x][end.y];    //转移到下一个路径}return 0;
}

AcWing 188. 武士风度的牛

农民 John 有很多牛,他想交易其中一头被 Don 称为 The Knight 的牛。

这头牛有一个独一无二的超能力,在农场里像 Knight 一样地跳(就是我们熟悉的象棋中马的走法)。

虽然这头神奇的牛不能跳到树上和石头上,但是它可以在牧场上随意跳,我们把牧场用一个 x , y x,y xy 的坐标图来表示。

这头神奇的牛像其它牛一样喜欢吃草,给你一张地图,上面标注了 The Knight 的开始位置,树、灌木、石头以及其它障碍的位置,除此之外还有一捆草。

现在你的任务是,确定 The Knight 要想吃到草,至少需要跳多少次。

The Knight 的位置用 K来标记,障碍的位置用 * 来标记,草的位置用 H来标记。

这里有一个地图的例子:

             11 | . . . . . . . . . .10 | . . . . * . . . . . 9 | . . . . . . . . . . 8 | . . . * . * . . . . 7 | . . . . . . . * . . 6 | . . * . . * . . . H 5 | * . . . . . . . . . 4 | . . . * . . . * . . 3 | . K . . . . . . . . 2 | . . . * . . . . . * 1 | . . * . . . . * . . 0 ----------------------1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 

The Knight 可以按照下图中的 A , B , C , D A,B,C,D A,B,C,D… 这条路径用 5 5 5 次跳到草的地方(有可能其它路线的长度也是 5 5 5 ):

             11 | . . . . . . . . . .10 | . . . . * . . . . .9 | . . . . . . . . . .8 | . . . * . * . . . .7 | . . . . . . . * . .6 | . . * . . * . . . F<5 | * . B . . . . . . .4 | . . . * C . . * E .3 | .>A . . . . D . . .2 | . . . * . . . . . *1 | . . * . . . . * . .0 ----------------------10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

注意: 数据保证一定有解。

输入格式
1 1 1 行: 两个数,表示农场的列数 C C C 和行数 R R R

2.. R + 1 2..R+1 2..R+1 行: 每行一个由 C C C 个字符组成的字符串,共同描绘出牧场地图。

输出格式
一个整数,表示跳跃的最小次数。

数据范围
1 ≤ R , C ≤ 150 1≤R,C≤150 1R,C150
输入样例:

10 11
..........
....*.....
..........
...*.*....
.......*..
..*..*...H
*.........
...*...*..
.K........
...*.....*
..*....*..

输出样例:

5
#include<iostream>
#include<cstring>
#include<queue>
#define x first
#define y second
#define pii pair<int,int>
using namespace std;
const int N = 160;
const int dx[8] = { 1,1,-1,-1,2,2,-2,-2 };  //走日字
const int dy[8] = { 2,-2,2,-2,1,-1,1,-1 };int n, m;
char g[N][N];
int dis[N][N];  //记录距离并且标记是否走过int bfs() {memset(dis, -1, sizeof dis);    //初始化int ix, iy;for (int i = 0; i < n; i++) {for (int j = 0; j < m; j++) {if (g[i][j] == 'K')ix = i, iy = j;  //找起点}}queue<pii>q;q.push({ ix,iy });dis[ix][iy] = 0;    //起点距离设为0while (q.size()) {auto t = q.front();if(g[t.x][t.y] == 'H')return dis[t.x][t.y];q.pop();for (int i = 0; i < 8; i++) {int xx = t.x + dx[i], yy = t.y + dy[i];if (xx >= 0 && xx < n && yy >= 0 && yy < m && g[xx][yy] != '*' && dis[xx][yy] == -1) {dis[xx][yy] = dis[t.x][t.y] + 1;    //更新距离q.push({xx,yy});}}}
}int main() {cin >> m >> n;  //先读入列再读入行for (int i = 0; i < n; i++) cin >> g[i];cout << bfs() << endl;return 0;
}

AcWing 1100. 抓住那头牛

农夫知道一头牛的位置,想要抓住它。

农夫和牛都位于数轴上,农夫起始位于点 N N N,牛位于点 K K K

农夫有两种移动方式:

从 X 移动到 X − 1 X−1 X1 X + 1 X+1 X+1,每次移动花费一分钟
从 X 移动到 2 ∗ X 2∗X 2X ,每次移动花费一分钟假设牛没有意识到农夫的行动,站在原地不动。

农夫最少要花多少时间才能抓住牛?

输入格式
共一行,包含两个整数 N N N K K K

输出格式
输出一个整数,表示抓到牛所花费的最少时间。

数据范围
0 ≤ N , K ≤ 1 0 5 0≤N,K≤10^5 0N,K105

输入样例:

5 17

输出样例:

4

利用BFS的最短路的特性,直接搜遍所有情况,最终一定能够得到一个最短距离。

#include<iostream>
#include<queue>
#include<cstring>
using namespace std;
const int N = 1e5 + 10;int n, k;
int q[N];
int dis[N];int bfs() {memset(dis, -1, sizeof dis);dis[n] = 0;queue<int>q;q.push(n);while (q.size()) {int t = q.front();q.pop();if (t == k)return dis[t];		//找到终点了,返回距离if (t + 1 < N && dis[t + 1] == -1) {	//如果还可以前进一步dis[t + 1] = dis[t] + 1;q.push({ t + 1 });}if (t - 1 >= 0 && dis[t - 1] == -1) {	//如果还可以后退一步dis[t - 1] = dis[t] + 1;q.push({ t - 1 });}if (t * 2 < N && dis[t * 2] == -1) {	//如果可以乘2dis[t * 2] = dis[t] + 1;q.push({ t * 2 });}}
}int main() {cin >> n >> k;cout << bfs();return 0;
}

多源最短路

AcWing.173.矩阵距离

给定一个 N N N M M M 列的 01 矩阵 A , A [ i ] [ j ] A,A[i][j] AA[i][j] A [ k ] [ l ] A[k][l] A[k][l] 之间的曼哈顿距离定义为:

d i s t ( A [ i ] [ j ] , A [ k ] [ l ] ) = ∣ i − k ∣ + ∣ j − l ∣ dist(A[i][j],A[k][l])=|i−k|+|j−l| dist(A[i][j],A[k][l])=ik+jl
输出一个 N N N M M M 列的整数矩阵 B B B,其中:

B [ i ] [ j ] = m i n 1 ≤ x ≤ N , 1 ≤ y ≤ M , A [ x ] [ y ] = 1 d i s t ( A [ i ] [ j ] , A [ x ] [ y ] ) B[i][j]=min1≤x≤N,1≤y≤M,A[x][y]=1dist(A[i][j],A[x][y]) B[i][j]=min1xN,1yM,A[x][y]=1dist(A[i][j],A[x][y])
输入格式
第一行两个整数 N , M N,M N,M

接下来一个 N N N M M M 列的 01 矩阵,数字之间没有空格。

输出格式
一个 N N N M M M 列的矩阵 B B B,相邻两个整数之间用一个空格隔开。

数据范围
1 ≤ N , M ≤ 1000 1≤N,M≤1000 1N,M1000

输入样例:

3 4
0001
0011
0110

输出样例:

3 2 1 0
2 1 0 0
1 0 0 1

本题的意思就是求多个起点到达离其最近的1的距离。

可以设置一个虚拟的起点,然后让虚拟起点和所有的起点的边权为 0 0 0,之后进行BFS。
在本题中,我们要求的是所有点到达 1 1 1 的最小距离,那么我们就可以直接把所有的 1 1 1 点的距离设为 0 0 0 ,然后存入队列中,再用BFS来求出所有距离 1 1 1 点最近的 0 0 0 点的距离。

代码:

#include<iostream>
#include<queue>
#include<cstring>
using namespace std;
const int N = 1010;
#define pii pair<int,int>
#define x first
#define y second
const int dx[4] = {1,0,-1,0};
const int dy[4] = {0,1,0,-1};
int dis[N][N];
char g[N][N];
int n,m;void bfs(){memset(dis,-1,sizeof dis);queue<pii>q;for(int i = 1;i <= n;i++)for(int j = 1;j <= m;j++)if(g[i][j] == '1'){dis[i][j] = 0;q.push({i,j});}while(q.size()){auto t = q.front();q.pop();for(int i = 0;i < 4;i++){int xx = t.x + dx[i],yy = t.y + dy[i];if(xx>=1&&xx<=n&&yy>=1&&yy<=m&&dis[xx][yy] == -1){dis[xx][yy] = dis[t.x][t.y] + 1;q.push({xx,yy});}}}
}int main(){cin >> n >> m;for(int i = 1;i <= n;i++)for(int j = 1;j <= m;j++)cin >> a[i][j];bfs();for(int i = 1;i <= n;i++){for(int j = 1;j <= m;j++)cout << dis[i][j] << " ";puts("");    }return 0;
}

最小路数模型

对于最小步数模型,常用的方法就是用哈希存状态,而不用原本的矩阵,并且基本的操作也映射到哈希存的状态上。

Acwing.1107.魔板

Rubik 先生在发明了风靡全球的魔方之后,又发明了它的二维版本——魔板。

这是一张有 8 个大小相同的格子的魔板:

1 2 3 4
8 7 6 5

我们知道魔板的每一个方格都有一种颜色。

这 8 种颜色用前 8 个正整数来表示。

可以用颜色的序列来表示一种魔板状态,规定从魔板的左上角开始,沿顺时针方向依次取出整数,构成一个颜色序列。

对于上图的魔板状态,我们用序列 (1,2,3,4,5,6,7,8) 来表示,这是基本状态。

这里提供三种基本操作,分别用大写字母 A,B,C 来表示(可以通过这些操作改变魔板的状态):

A:交换上下两行;
B:将最右边的一列插入到最左边;
C:魔板中央对的4个数作顺时针旋转。

下面是对基本状态进行操作的示范:

A:

8 7 6 5
1 2 3 4

B:

4 1 2 3
5 8 7 6

C:

1 7 2 4
8 6 3 5

对于每种可能的状态,这三种基本操作都可以使用。

你要编程计算用最少的基本操作完成基本状态到特殊状态的转换,输出基本操作序列。

注意:数据保证一定有解。

输入格式
输入仅一行,包括 8 个整数,用空格分开,表示目标状态。

输出格式
输出文件的第一行包括一个整数,表示最短操作序列的长度。

如果操作序列的长度大于0,则在第二行输出字典序最小的操作序列。

数据范围
输入数据中的所有数字均为 1 到 8 之间的整数。

输入样例:

2 6 8 4 5 7 3 1

输出样例:

7
BCABCCB

对于本题的矩阵,直接哈希成排列的数字12345678,并且从这个纬度上考虑问题。

如果执行A操作,就会使其变为87654321
如果执行B操作,就会使其变为41236785
如果执行C操作,就会使其变为17245368

只需要确定哪个状态是由哪个状态转移过来的,记录下来之后只需要从终点倒推到起点就行了。

对于字典序,只需要保证是按照 ABC的顺序进行执行的,而只要按照A,B,C的执行顺序去扫,就能够保证字典序。
因为BFS的时候在前一个状态搜完搜到 B B B 之后,之后的状态就不可能再搜到C,因为之前搜到 B B B 的时候就已经标注好这个状态了。

代码:

#include<iostream>
#include<queue>
#include<unordered_map>
#include<algorithm>
using namespace std;char g[2][4];
unordered_map<string,int>dis;
unordered_map<string,pair<char,string>>pre;
queue<string>q;void changeTog(string st){	//将矩阵更新成字符串的模样for(int i = 0;i < 4;i++)g[0][i] = st[i];for(int i = 3,j = 4;i >= 0;i--,j++)g[1][i] = st[j];
}string changeToString(){	//将矩阵对应的字符串转化出来string res;for(int i = 0;i < 4;i++)res += g[0][i];for(int i = 3;i >= 0;i--)res += g[1][i];return res;
}//3个操作
string A(string st){	changeTog(st);		//每次先更新矩阵for(int i = 0;i < 4;i++)swap(g[0][i],g[1][i]);//直接交换上下两行return changeToString();
}string B(string st){changeTog(st);char c1 = g[0][3],c2 = g[1][3];for(int i = 3;i > 0;i--){	g[0][i] = g[0][i-1];	g[1][i] = g[1][i-1];}g[0][0] = c1;g[1][0] = c2;return changeToString();
}string C(string st){changeTog(st);//转圈char c = g[0][1];g[0][1] = g[1][1];g[1][1] = g[1][2];g[1][2] = g[0][2];g[0][2] = c;return changeToString();
}void bfs(string start,string end){q.push(start);dis[start] = 0;while(q.size()){auto t = q.front();q.pop();if(t == end)return;	//搜到终点状态了就返回string next[3];		//提取出三种操作得来的状态next[0] = A(t);next[1] = B(t);next[2] = C(t);//按ABC顺序搜三种状态for(int i = 0;i < 3;i++){if(dis.count(next[i]) == 0){dis[next[i]] = dis[t] + 1;pre[next[i]] = {char(i + 'A'),t};if(next[i] == end)break;q.push(next[i]);}}}
}int main(){int x;string start,end;for(int i = 0;i < 8;i++){cin >> x;end += (x + '0');}start = "12345678";bfs(start,end);cout << dis[end] << endl;string res;while(end != start){res += pre[end].first;end = pre[end].second;}reverse(res.begin(),res.end());//如果步数不为0才输出if(res.size())cout << res << endl;return 0;
}

双端队列广搜

AcWing.175.电路维修

达达是来自异世界的魔女,她在漫无目的地四处漂流的时候,遇到了善良的少女翰翰,从而被收留在地球上。

翰翰的家里有一辆飞行车。

有一天飞行车的电路板突然出现了故障,导致无法启动。

电路板的整体结构是一个 R 行 C 列的网格 ( R , C ≤ 500 ) (R,C≤500) R,C500,如下图所示。

在这里插入图片描述

每个格点都是电线的接点,每个格子都包含一个电子元件。

电子元件的主要部分是一个可旋转的、连接一条对角线上的两个接点的短电缆。

在旋转之后,它就可以连接另一条对角线的两个接点。

电路板左上角的接点接入直流电源,右下角的接点接入飞行车的发动装置。

达达发现因为某些元件的方向不小心发生了改变,电路板可能处于断路的状态。

她准备通过计算,旋转最少数量的元件,使电源与发动装置通过若干条短缆相连。

不过,电路的规模实在是太大了,达达并不擅长编程,希望你能够帮她解决这个问题。

注意:只能走斜向的线段,水平和竖直线段不能走。

输入格式
输入文件包含多组测试数据。

第一行包含一个整数 T,表示测试数据的数目。

对于每组测试数据,第一行包含正整数 R 和 C,表示电路板的行数和列数。

之后 R 行,每行 C 个字符,字符是"/“和”"中的一个,表示标准件的方向。

输出格式
对于每组测试数据,在单独的一行输出一个正整数,表示所需的最小旋转次数。

如果无论怎样都不能使得电源和发动机之间连通,输出NO SOLUTION

数据范围
1 ≤ R , C ≤ 500 , 1≤R,C≤500, 1R,C500,
1 ≤ T ≤ 5 1≤T≤5 1T5

输入样例:

1
3 5
\\/\\
\\///
/\\\\

输出样例:

1

样例解释
样例的输入对应于题目描述中的情况。

只需要按照下面的方式旋转标准件,就可以使得电源和发动机之间连通。


对于这道题,就相当于有线连着的路径的边权是0,没有连起来的需要转一下电线才能走过去,所以边权是1。
那么就相当于在这个边权为0或1的图上搜最短路的问题。

在这里使用双端队列,如果搜到了边权为0的点,就压入队头,如果搜到了边权为1的点,就压入队尾。在这种条件下,可以始终维护队列的两段性和单调性。

并且应注意,如果当前点的横纵坐标的和是偶数,那么就一定到不了横纵坐标之和为奇数的点,反之同理。

CODE:

#include <iostream>
using namespace std;
#define pii pair<int, int>
const int N = 510, M = N * N;
const int dx[4] = {-1,-1,1,1};
const int dy[4] = {-1,1,1,-1};int n, m;
char g[N][N];
int dis[N][N];
bool st[N][N];int bfs(){memset(st,0,sizeof st);memset(dis,0x3f,sizeof dis);deque<pii>q;q.push_back({0,0});dis[0][0] = 0;    char c[5] = "\\/\\/";//这里存的是应该是什么样的方向才是正确的int ix[4] = {-1,-1,0,0},iy[4] = {-1,0,0,-1};//扩展图的下标while(q.size()){auto t = f.front();q.pop_front();int x = t.first,y = t.second;if(x == n && y == m)return dis[x][y];if(st[x][y])continue;st[x][y] = 1;for(int i = 0;i < 4;i++){int a = x + dx[i],b = y + dy[i];if(a >= 0 && a <= n && b >= 0 && b <= m){int ga = x + ix[i],gb = y + iy[i];int w = (g[ga][gb] != c[i]);if(g[ga][gb] + w <= dis[a][b]){dis[a][b] = d;if(!w)q.push_front({a,b});  //如果是正确的字符,即边权为0,那么压入队头else q.push_back({a,b});    //否则压入队尾}}}}return -1;
}int main()
{int t;cin >> t;while (t--){cin >> n >> m;for (int i = 0; i < n; i++)cin >> g[i];if (n + m & 1) puts("NO SOLuTION\n");else cout << bfs() << endl;}return 0;
}

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