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LeetCode 2328「网格图中递增路径的数目」:基于记忆化搜索与动态规划的深度拆解(codeforces-go 仓库实现)

LeetCode 2328「网格图中递增路径的数目」:基于记忆化搜索与动态规划的深度拆解(codeforces-go 仓库实现) 科学计算【免费下载链接】codeforces-go算法竞赛模板库 by 灵茶山艾府 项目地址https://gitcode.com/GitHub_Trending/co/codeforces-go点击查看免费下载导读本文以 codeforces-go 仓库中 leetcode/weekly/300/d/README.md 的官方题解为骨架深入剖析 LeetCode 第 300 场周赛 D 题题号 2328「Number of Increasing Paths in a Grid」的完整解题链路从状态设计与转移方程到 Python / Java / C / Go 四语言的实现对照再到复杂度分析。文章还将结合仓库内实际的 d.go、d_test.go 与 d.txt 测试用例文件以及 leetcode/testutil/leetcode.go 的驱动测试机制还原一份可复制、可运行、可验证的实战方案。读完本文你将掌握“在网格上统计满足严格递增约束的路径总数”这类题型的一般化建模方法以及记忆化搜索在矩阵 DP 中的应用要点。题目背景与核心建模题目给定一个m x n的整数网格grid要求统计所有满足“每一步都走向数值严格更大的相邻格子”的路径总数其中长度为 1 的路径单个格子自身也计入答案。相邻方向限定为上下左右四个方向。从题意出发最直观的枚举方式是以每个格子为起点向四个方向搜索只有下一个格子的值严格大于当前格子的值时才允许前进。直接暴力搜索的代价是指数级的因此需要引入动态规划来消除重复子问题。状态定义定义 $f[i][j]$ 表示以第 $i$ 行第 $j$ 列的格子为起点的路径数。转移方程设当前格子为(i, j)其四个方向的相邻格为 $(i, j)$则转移关系为$$f[i][j] 1 \sum_{(i,j) \in dirs(i,j)} f[i][j]$$其中末尾的1代表只含当前格子本身、长度为 1 的路径求和要求相邻格 $(i, j)$ 满足坐标合法且 $grid[i][j] grid[i][j]$严格递增约束。将四个方向所有可达格子对应的状态累加后再加上 $1$即可得到 $f[i][j]$。无后效性论证为什么可以 DP这是本题最关键的性质由于路径中的数字严格递增从(i, j)出发只会流向数值更大的格子而数值更大的格子不可能反过来依赖当前格子因此状态之间天然形成有向无环的结构不存在循环依赖——即满足无后效性可以放心地使用动态规划或等价的记忆化搜索求解而不必担心陷入无限递归。从代码结构看这一性质也意味着递归深度有天然上界一条路径上每个格子的数值严格递增因此最长路径长度不会超过网格中互不相同的数值个数递归调用链不会形成环。记忆化搜索四种语言的实现对照原文档给出了 Python、Java、C、Go 四种语言的高质量实现。它们的思路完全一致memo[i][j]用-1表示“尚未计算”递归函数dfs(i, j)先查缓存再对四个方向中满足递增条件的邻居递归累加。Python利用cache一行完成记忆化class Solution: def countPaths(self, grid: List[List[int]]) - int: MOD 1_000_000_007 m, n len(grid), len(grid[0]) cache def dfs(i: int, j: int) - int: res 1 for x, y in (i 1, j), (i - 1, j), (i, j 1), (i, j - 1): if 0 x m and 0 y n and grid[x][y] grid[i][j]: res dfs(x, y) return res % MOD return sum(dfs(i, j) for i in range(m) for j in range(n)) % MOD要点说明cache由标准库functools提供自动为(i, j)参数做缓存等价于手写memo数组外层对全部m*n个格子分别调用dfs把结果求和后统一取模方向元组(i1, j), (i-1, j), (i, j1), (i, j-1)恰好覆盖上下左右边界判断用0 x m and 0 y n完成。Java显式memo数组 方向数组class Solution { private static final int MOD 1_000_000_007; private static final int[][] DIRS {{-1, 0}, {1, 0}, {0, -1}, {0, 1}}; public int countPaths(int[][] grid) { int m grid.length; int n grid[0].length; int[][] memo new int[m][n]; for (int[] row : memo) { Arrays.fill(row, -1); // -1 表示没有计算过 } long ans 0; for (int i 0; i m; i) { for (int j 0; j n; j) { ans dfs(i, j, grid, memo); } } return (int) (ans % MOD); } private int dfs(int i, int j, int[][] grid, int[][] memo) { if (memo[i][j] ! -1) { // 之前计算过 return memo[i][j]; } long res 1; for (int[] d : DIRS) { int x i d[0]; int y j d[1]; if (0 x x grid.length 0 y y grid[i].length grid[x][y] grid[i][j]) { res dfs(x, y, grid, memo); } } return memo[i][j] (int) (res % MOD); // 记忆化 } }要点说明用-1作为“未计算”哨兵值因为路径数恒为正数不会与合法结果混淆累加过程使用long防止res在取模前溢出int最终写回memo时再转回int并取模DIRS方向数组集中管理四方向偏移便于后续扩展如斜对角方向。C递归 lambda 引用巧用class Solution { const int MOD 1000000007; const int dirs[4][2] {{-1, 0}, {1, 0}, {0, -1}, {0, 1}}; public: int countPaths(vectorvectorint grid) { int m grid.size(), n grid[0].size(); vector memo(m, vectorint(n, -1)); // -1 表示没有计算过 auto dfs - int { int res memo[i][j]; // 注意这里是引用 if (res ! -1) { // 之前计算过 return res; } res 1; for (auto [dx, dy] : dirs) { int x i dx, y j dy; if (0 x x m 0 y y n grid[x][y] grid[i][j]) { res (res dfs(x, y)) % MOD; } } return res; }; long long ans 0; for (int i 0; i m; i) { for (int j 0; j n; j) { ans dfs(i, j); } } return ans % MOD; } };要点说明使用 C23 的递归 lambdathis auto dfs将 dfs 定义在函数内部代码更紧凑int res memo[i][j]把缓存槽位做成引用后续所有对res的读写含递归返回后的取模累加都直接落到memo中省去重复写回语句顶层用long long汇总答案避免m*n次累加溢出。Gocodeforces-go 仓库中的实际实现仓库内 d.go 与 README 中的 Go 代码完全一致是可以在本仓库直接运行的原版实现var dirs []struct{ x, y int }{{-1, 0}, {1, 0}, {0, -1}, {0, 1}} func countPaths(grid [][]int) (ans int) { const mod 1_000_000_007 m, n : len(grid), len(grid[0]) memo : make([][]int, m) for i : range memo { memo[i] make([]int, n) for j : range memo[i] { memo[i][j] -1 // -1 表示没有计算过 } } var dfs func(int, int) int dfs func(i, j int) int { p : memo[i][j] if *p ! -1 { // 之前计算过 return *p } res : 1 for _, d : range dirs { x, y : id.x, jd.y if 0 x x m 0 y y n grid[x][y] grid[i][j] { res (res dfs(x, y)) % mod } } *p res // 记忆化 return res } for i, row : range grid { for j : range row { ans dfs(i, j) } } return ans % mod }要点说明通过闭包 var dfs func(int, int) int实现递归是 Go 中组织 dfs 的常见模式用指针p : memo[i][j]指向缓存槽检查与写回都通过*p完成与 C 版“引用”思路如出一辙四个方向用匿名结构体切片[]struct{ x, y int }表达读起来比平行数组更直观递归内每步累加都% mod保证中间结果不溢出、最终答案与直接对总和取模等价。复杂度分析时间复杂度$\mathcal{O}(mn)$。状态总数为 $\mathcal{O}(mn)$ 个每个状态只有四个方向的转移来源可视为 $\mathcal{O}(1)$ 个因此计算全部状态的时间为 $\mathcal{O}(mn)$。空间复杂度$\mathcal{O}(mn)$。需要memo数组存储每个格子的状态同时递归栈的深度上界不超过最长递增路径长度同样被 $\mathcal{O}(mn)$ 覆盖。值得强调的是虽然从四方向暴搜的角度看每个起点都可能指数级扩散但记忆化保证了每个格子只会被真正“计算”一次首次访问后续访问全部命中缓存这是整个算法能在线性时间内完成的关键。仓库源码级佐证从题解到可运行代码原题解文件leetcode/weekly/300/d/README.md 是本篇分析的原始文档其中完整保留了上述四种语言实现、复杂度分析并给出了本题的视频讲解入口与相似题目指引。Go 实现与测试用例的落盘仓库在leetcode/weekly/300/d/目录下提供了三份配套文件构成一个完整的“题解 → 代码 → 测试”闭环d.go上述 Go 实现函数签名countPaths(grid [][]int) (ans int)文件头注释标注了作者 B 站动态空间地址d_test.go自动生成的测试入口调用testutil.RunLeetCodeFuncWithFile(t, countPaths, d.txt, targetCaseNum)从本地用例文件驱动测试注释中记录了题目来源https://leetcode.cn/contest/weekly-contest-300/problems/number-of-increasing-paths-in-a-grid/d.txt本地测试用例文件目前包含两组数据[[1,1],[3,4]] 8 [[1],[2]] 3第一组是2 x 2网格[[1,1],[3,4]]答案为8第二组是单列网格[[1],[2]]答案为3。可以手动推演第一组验证状态方程(1,1)作为最小值格子周围全可走、(0,0)等格子各具不同出度所有起点的路径数累加正好为 8。测试驱动机制的底层原理leetcode/testutil/leetcode.go 中的RunLeetCodeFuncWithFile是这套测试体系的驱动核心其工作流程为用os.ReadFile读取用例文件trimSpaceAndEmptyLine去掉多余空行与行首尾空白通过反射reflect.TypeOf(f)获取被测函数的参数个数fNumIn与返回值个数fNumOut以tcSize : fNumIn fNumOut为步长把文件行切成一组组“输入 期望输出”若有效行数不是tcSize的倍数则直接报错提示数据不合法最终交给RunLeetCodeFuncWithExamples逐组反射调用函数并断言输出。结合 leetcode/testutil/config.go 中的DebugTLE默认 2 秒与 helper 中的IsDebugging()测试在非调试模式下还会对每个用例做 2 秒超时检测对应 leetcode.go 的isTLE逻辑超时即报“【超时 N】”从而在同一套框架内同时验证了正确性与性能。对本题而言$\mathcal{O}(mn)$ 的记忆化实现可轻松通过全部用例。相似题目与知识延伸原文档将本题归类于网格图 动态规划这一常见题型并给出了一道强相关的进阶题目作为对照329. 矩阵中的最长递增路径本题统计的是递增路径的数量而 329 题求的是递增路径的最长长度。两者共享同一套状态建模以格子为起点/终点、四方向、严格递增约束仅目标函数不同求和 vs 取最大值是同一模板的两种变体建议配套练习以加深理解。从题型分布看这类题目同时落在“网格图DFS/BFS/综合应用”与“动态规划状态机/区间/数据结构优化等”两个分类之下是算法竞赛与面试中“图上带约束的 DP”的代表性入门题。掌握本题的“状态定义 无后效性判断 记忆化加速”三步法后可以迁移到更长递增路径、多源起点、按数值排序后迭代填表拓扑序 DP等进阶变形中。小结核心状态$f[i][j]$ 表示以格子(i,j)为起点的递增路径数转移方程$f[i][j] 1 \sum f[\text{四方向且数值更大的邻居}]$其中1计入长度为 1 的路径无后效性来自“严格递增”约束形成的天然 DAG因此可用记忆化搜索实现 $\mathcal{O}(mn)$ 的动态规划codeforces-go 仓库以 d.go d_test.go d.txt 的形式完整落盘了题解、代码与可复现测试并通过 leetcode/testutil 的反射驱动框架做到“一键验证、超时自动告警”是阅读和复现本题最佳实践的直接入口。赞分享科学计算【免费下载链接】codeforces-go算法竞赛模板库 by 灵茶山艾府 项目地址https://gitcode.com/GitHub_Trending/co/codeforces-go点击查看免费下载相关推荐WheelPicker打造Android平台上最逼真的滚轮选择器WheelPicker打造Android平台上最逼真的滚轮选择器 WheelPicker是一款为Android平台开发的滚轮选择器组件以其简单易用和逼真的滚不同的子序列LeetCode 115从记忆化搜索到递推的完整动态规划解法——codeforces-go 实战解析不同的子序列LeetCode 115从记忆化搜索到递推的完整动态规划解法——codeforces go 实战解析 本文以 LeetCode 115「不同的科学计算codeforces-go 仓库中的零钱兑换LeetCode 322全解记忆化搜索、完全背包递推与 BFS 最短路codeforces go 仓库中的零钱兑换LeetCode 322全解记忆化搜索、完全背包递推与 BFS 最短路 本篇技术指南以 leetcode/pr科学计算上一篇Awesome AWS终极资源宝库开发者必备的AWS生态大全 下一篇Mermaid Live Editor3分钟学会免费在线图表编辑的终极指南创作声明:本文部分内容由AI辅助生成(AIGC),仅供参考
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