logo

TechCodeview

Najdłuższa możliwa trasa w matrixie z przeszkodami

Wypróbuj w praktyce GfG Najdłuższa możliwa trasa w matrixie z przeszkodami' title=

Biorąc pod uwagę macierz binarną 2D wraz z[][] gdzie niektóre komórki są przeszkodami (oznaczone przez0), a reszta to wolne komórki (oznaczone przez1) Twoim zadaniem jest znalezienie długości najdłuższej możliwej trasy z komórki źródłowej (xs ys) do komórki docelowej (xd yd) .

  • Możesz poruszać się tylko do sąsiednich komórek (w górę, w dół, w lewo, w prawo).
  • Ruchy po przekątnej są niedozwolone.
  • Komórka raz odwiedzona na ścieżce nie może zostać ponownie odwiedzona na tej samej ścieżce.
  • Jeśli dotarcie do celu jest niemożliwe, wróć-1.

Przykłady:
Wejście: xs = 0 ys = 0 xd = 1 jard = 7
z[][] = [ [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]
[1 1 0 1 1 0 1 1 0 1]
[1 1 1 1 1 1 1 1 1 1] ]
Wyjście: 24
Wyjaśnienie:



Wejście: xs = 0 ys = 3 xd = 2 jardy = 2
z[][] =[ [1 0 0 1 0]
[0 0 0 1 0]
[0 1 1 0 0] ]
Wyjście: -1
Wyjaśnienie:
Widzimy, że jest to niemożliwe
dotrzeć do celi (22) z (03).

Spis treści



[Podejście] Korzystanie z cofania się z odwiedzoną macierzą

Pomysł jest taki, aby użyć Cofanie się . Zaczynamy od komórki źródłowej macierzy, posuwamy się do przodu we wszystkich czterech dozwolonych kierunkach i rekurencyjnie sprawdzamy, czy prowadzą one do rozwiązania, czy nie. Jeśli miejsce docelowe zostanie znalezione, aktualizujemy wartość najdłuższej ścieżki, w przeciwnym razie, jeśli żadne z powyższych rozwiązań nie zadziała, z naszej funkcji zwrócimy wartość false.

CPP 
#include    #include  #include  #include    using namespace std; // Function to find the longest path using backtracking int dfs(vector<vector<int>> &mat   vector<vector<bool>> &visited int i   int j int x int y) {  int m = mat.size();  int n = mat[0].size();    // If destination is reached  if (i == x && j == y) {  return 0;  }    // If cell is invalid blocked or already visited  if (i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n ||   mat[i][j] == 0 || visited[i][j]) {  return -1;   }    // Mark current cell as visited  visited[i][j] = true;    int maxPath = -1;    // Four possible moves: up down left right  int row[] = {-1 1 0 0};  int col[] = {0 0 -1 1};    for (int k = 0; k < 4; k++) {  int ni = i + row[k];  int nj = j + col[k];    int pathLength = dfs(mat visited   ni nj x y);    // If a valid path is found from this direction  if (pathLength != -1) {  maxPath = max(maxPath 1 + pathLength);  }  }    // Backtrack - unmark current cell  visited[i][j] = false;    return maxPath; } int findLongestPath(vector<vector<int>> &mat   int xs int ys int xd int yd) {  int m = mat.size();  int n = mat[0].size();    // Check if source or destination is blocked  if (mat[xs][ys] == 0 || mat[xd][yd] == 0) {  return -1;  }    vector<vector<bool>> visited(m vector<bool>(n false));  return dfs(mat visited xs ys xd yd); } int main() {  vector<vector<int>> mat = {  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  {1 1 0 1 1 0 1 1 0 1}  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  };    int xs = 0 ys = 0;   int xd = 1 yd = 7;     int result = findLongestPath(mat xs ys xd yd);    if (result != -1)  cout << result << endl;  else  cout << -1 << endl;    return 0; }
Java 
import java.util.Arrays; public class GFG {    // Function to find the longest path using backtracking  public static int dfs(int[][] mat boolean[][] visited  int i int j int x int y) {  int m = mat.length;  int n = mat[0].length;    // If destination is reached  if (i == x && j == y) {  return 0;  }    // If cell is invalid blocked or already visited  if (i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat[i][j] == 0 || visited[i][j]) {  return -1; // Invalid path  }    // Mark current cell as visited  visited[i][j] = true;    int maxPath = -1;    // Four possible moves: up down left right  int[] row = {-1 1 0 0};  int[] col = {0 0 -1 1};    for (int k = 0; k < 4; k++) {  int ni = i + row[k];  int nj = j + col[k];    int pathLength = dfs(mat visited ni nj x y);    // If a valid path is found from this direction  if (pathLength != -1) {  maxPath = Math.max(maxPath 1 + pathLength);  }  }    // Backtrack - unmark current cell  visited[i][j] = false;    return maxPath;  }    public static int findLongestPath(int[][] mat int xs int ys int xd int yd) {  int m = mat.length;  int n = mat[0].length;    // Check if source or destination is blocked  if (mat[xs][ys] == 0 || mat[xd][yd] == 0) {  return -1;  }    boolean[][] visited = new boolean[m][n];  return dfs(mat visited xs ys xd yd);  }    public static void main(String[] args) {  int[][] mat = {  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  {1 1 0 1 1 0 1 1 0 1}  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  };    int xs = 0 ys = 0;  int xd = 1 yd = 7;    int result = findLongestPath(mat xs ys xd yd);    if (result != -1)  System.out.println(result);  else  System.out.println(-1);  } }
Python 
# Function to find the longest path using backtracking def dfs(mat visited i j x y): m = len(mat) n = len(mat[0]) # If destination is reached if i == x and j == y: return 0 # If cell is invalid blocked or already visited if i < 0 or i >= m or j < 0 or j >= n or mat[i][j] == 0 or visited[i][j]: return -1 # Invalid path # Mark current cell as visited visited[i][j] = True maxPath = -1 # Four possible moves: up down left right row = [-1 1 0 0] col = [0 0 -1 1] for k in range(4): ni = i + row[k] nj = j + col[k] pathLength = dfs(mat visited ni nj x y) # If a valid path is found from this direction if pathLength != -1: maxPath = max(maxPath 1 + pathLength) # Backtrack - unmark current cell visited[i][j] = False return maxPath def findLongestPath(mat xs ys xd yd): m = len(mat) n = len(mat[0]) # Check if source or destination is blocked if mat[xs][ys] == 0 or mat[xd][yd] == 0: return -1 visited = [[False for _ in range(n)] for _ in range(m)] return dfs(mat visited xs ys xd yd) def main(): mat = [ [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1] [1 1 0 1 1 0 1 1 0 1] [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1] ] xs ys = 0 0 xd yd = 1 7 result = findLongestPath(mat xs ys xd yd) if result != -1: print(result) else: print(-1) if __name__ == '__main__': main()
C# 
using System; class GFG {  // Function to find the longest path using backtracking  static int dfs(int[] mat bool[] visited   int i int j int x int y)  {  int m = mat.GetLength(0);  int n = mat.GetLength(1);    // If destination is reached  if (i == x && j == y)  {  return 0;  }    // If cell is invalid blocked or already visited  if (i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat[i j] == 0 || visited[i j])  {  return -1; // Invalid path  }    // Mark current cell as visited  visited[i j] = true;    int maxPath = -1;    // Four possible moves: up down left right  int[] row = {-1 1 0 0};  int[] col = {0 0 -1 1};    for (int k = 0; k < 4; k++)  {  int ni = i + row[k];  int nj = j + col[k];    int pathLength = dfs(mat visited ni nj x y);    // If a valid path is found from this direction  if (pathLength != -1)  {  maxPath = Math.Max(maxPath 1 + pathLength);  }  }    // Backtrack - unmark current cell  visited[i j] = false;    return maxPath;  }    static int FindLongestPath(int[] mat int xs int ys int xd int yd)  {  int m = mat.GetLength(0);  int n = mat.GetLength(1);    // Check if source or destination is blocked  if (mat[xs ys] == 0 || mat[xd yd] == 0)  {  return -1;  }    bool[] visited = new bool[m n];  return dfs(mat visited xs ys xd yd);  }    static void Main()  {  int[] mat = {  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  {1 1 0 1 1 0 1 1 0 1}  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  };    int xs = 0 ys = 0;   int xd = 1 yd = 7;     int result = FindLongestPath(mat xs ys xd yd);    if (result != -1)  Console.WriteLine(result);  else  Console.WriteLine(-1);  } }
JavaScript 
// Function to find the longest path using backtracking function dfs(mat visited i j x y) {  const m = mat.length;  const n = mat[0].length;    // If destination is reached  if (i === x && j === y) {  return 0;  }    // If cell is invalid blocked or already visited  if (i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n ||   mat[i][j] === 0 || visited[i][j]) {  return -1;   }    // Mark current cell as visited  visited[i][j] = true;    let maxPath = -1;    // Four possible moves: up down left right  const row = [-1 1 0 0];  const col = [0 0 -1 1];    for (let k = 0; k < 4; k++) {  const ni = i + row[k];  const nj = j + col[k];    const pathLength = dfs(mat visited   ni nj x y);    // If a valid path is found from this direction  if (pathLength !== -1) {  maxPath = Math.max(maxPath 1 + pathLength);  }  }    // Backtrack - unmark current cell  visited[i][j] = false;    return maxPath; } function findLongestPath(mat xs ys xd yd) {  const m = mat.length;  const n = mat[0].length;    // Check if source or destination is blocked  if (mat[xs][ys] === 0 || mat[xd][yd] === 0) {  return -1;  }    const visited = Array(m).fill().map(() => Array(n).fill(false));  return dfs(mat visited xs ys xd yd); }  const mat = [  [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]  [1 1 0 1 1 0 1 1 0 1]  [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]  ];    const xs = 0 ys = 0;   const xd = 1 yd = 7;     const result = findLongestPath(mat xs ys xd yd);    if (result !== -1)  console.log(result);  else  console.log(-1);

Wyjście 
24

Złożoność czasowa: O(4^(m*n)) Dla każdej komórki macierzy m x n algorytm bada maksymalnie cztery możliwe kierunki (góra, dół, lewy, prawy), co prowadzi do wykładniczej liczby ścieżek. W najgorszym przypadku bada wszystkie możliwe ścieżki, co daje złożoność czasową 4^(m*n).
Przestrzeń pomocnicza: O(m*n) Algorytm wykorzystuje odwiedzoną macierz m x n do śledzenia odwiedzonych komórek oraz stos rekurencji, który w najgorszym przypadku może urosnąć do głębokości m * n (np. podczas eksploracji ścieżki obejmującej wszystkie komórki). Zatem przestrzeń pomocnicza wynosi O(m*n).

[Zoptymalizowane podejście] Bez użycia dodatkowej przestrzeni

Zamiast utrzymywać osobną odwiedzaną macierz, możemy ponownie użyj macierzy wejściowej do zaznaczania odwiedzanych komórek podczas przechodzenia. Oszczędza to dodatkową przestrzeń i nadal gwarantuje, że nie będziemy ponownie odwiedzać tej samej komórki na ścieżce.



Poniżej znajduje się podejście krok po kroku:

  1. Zacznij od komórki źródłowej(xs ys).
  2. Na każdym kroku zbadaj wszystkie cztery możliwe kierunki (od prawej do dołu, od lewej do góry).
  3. Za każdy ważny ruch:
    • Sprawdź granice i upewnij się, że komórka ma wartość1(wolna komórka).
    • Oznacz komórkę jako odwiedzoną, tymczasowo ustawiając ją na0.
    • Wróć do następnej komórki i zwiększ długość ścieżki.
  4. Jeśli komórka docelowa(xd yd)zostanie osiągnięty, porównaj bieżącą długość ścieżki z maksymalną dotychczasową długością i zaktualizuj odpowiedź.
  5. Backtrack: przywróć pierwotną wartość komórki (1) przed powrotem, aby umożliwić innym ścieżkom eksplorację.
  6. Kontynuuj eksplorację, aż odwiedzisz wszystkie możliwe ścieżki.
  7. Zwróć maksymalną długość ścieżki. Jeśli miejsce docelowe jest nieosiągalne, wróć-1
C++ 
#include    #include  #include  #include    using namespace std; // Function to find the longest path using backtracking without extra space int dfs(vector<vector<int>> &mat int i int j int x int y) {  int m = mat.size();  int n = mat[0].size();    // If destination is reached  if (i == x && j == y) {  return 0;  }    // If cell is invalid or blocked (0 means blocked or visited)  if (i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat[i][j] == 0) {  return -1;   }    // Mark current cell as visited by temporarily setting it to 0  mat[i][j] = 0;    int maxPath = -1;    // Four possible moves: up down left right  int row[] = {-1 1 0 0};  int col[] = {0 0 -1 1};    for (int k = 0; k < 4; k++) {  int ni = i + row[k];  int nj = j + col[k];    int pathLength = dfs(mat ni nj x y);    // If a valid path is found from this direction  if (pathLength != -1) {  maxPath = max(maxPath 1 + pathLength);  }  }    // Backtrack - restore the cell's original value (1)  mat[i][j] = 1;    return maxPath; } int findLongestPath(vector<vector<int>> &mat int xs int ys int xd int yd) {  int m = mat.size();  int n = mat[0].size();    // Check if source or destination is blocked  if (mat[xs][ys] == 0 || mat[xd][yd] == 0) {  return -1;  }    return dfs(mat xs ys xd yd); } int main() {  vector<vector<int>> mat = {  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  {1 1 0 1 1 0 1 1 0 1}  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  };    int xs = 0 ys = 0;   int xd = 1 yd = 7;     int result = findLongestPath(mat xs ys xd yd);    if (result != -1)  cout << result << endl;  else  cout << -1 << endl;    return 0; }
Java 
public class GFG {    // Function to find the longest path using backtracking without extra space  public static int dfs(int[][] mat int i int j int x int y) {  int m = mat.length;  int n = mat[0].length;    // If destination is reached  if (i == x && j == y) {  return 0;  }    // If cell is invalid or blocked (0 means blocked or visited)  if (i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat[i][j] == 0) {  return -1;   }    // Mark current cell as visited by temporarily setting it to 0  mat[i][j] = 0;    int maxPath = -1;    // Four possible moves: up down left right  int[] row = {-1 1 0 0};  int[] col = {0 0 -1 1};    for (int k = 0; k < 4; k++) {  int ni = i + row[k];  int nj = j + col[k];    int pathLength = dfs(mat ni nj x y);    // If a valid path is found from this direction  if (pathLength != -1) {  maxPath = Math.max(maxPath 1 + pathLength);  }  }    // Backtrack - restore the cell's original value (1)  mat[i][j] = 1;    return maxPath;  }    public static int findLongestPath(int[][] mat int xs int ys int xd int yd) {  int m = mat.length;  int n = mat[0].length;    // Check if source or destination is blocked  if (mat[xs][ys] == 0 || mat[xd][yd] == 0) {  return -1;  }    return dfs(mat xs ys xd yd);  }    public static void main(String[] args) {  int[][] mat = {  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  {1 1 0 1 1 0 1 1 0 1}  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  };    int xs = 0 ys = 0;   int xd = 1 yd = 7;     int result = findLongestPath(mat xs ys xd yd);    if (result != -1)  System.out.println(result);  else  System.out.println(-1);  } }
Python 
# Function to find the longest path using backtracking without extra space def dfs(mat i j x y): m = len(mat) n = len(mat[0]) # If destination is reached if i == x and j == y: return 0 # If cell is invalid or blocked (0 means blocked or visited) if i < 0 or i >= m or j < 0 or j >= n or mat[i][j] == 0: return -1 # Mark current cell as visited by temporarily setting it to 0 mat[i][j] = 0 maxPath = -1 # Four possible moves: up down left right row = [-1 1 0 0] col = [0 0 -1 1] for k in range(4): ni = i + row[k] nj = j + col[k] pathLength = dfs(mat ni nj x y) # If a valid path is found from this direction if pathLength != -1: maxPath = max(maxPath 1 + pathLength) # Backtrack - restore the cell's original value (1) mat[i][j] = 1 return maxPath def findLongestPath(mat xs ys xd yd): m = len(mat) n = len(mat[0]) # Check if source or destination is blocked if mat[xs][ys] == 0 or mat[xd][yd] == 0: return -1 return dfs(mat xs ys xd yd) def main(): mat = [ [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1] [1 1 0 1 1 0 1 1 0 1] [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1] ] xs ys = 0 0 xd yd = 1 7 result = findLongestPath(mat xs ys xd yd) if result != -1: print(result) else: print(-1) if __name__ == '__main__': main()
C# 
using System; class GFG {  // Function to find the longest path using backtracking without extra space  static int dfs(int[] mat int i int j int x int y)  {  int m = mat.GetLength(0);  int n = mat.GetLength(1);    // If destination is reached  if (i == x && j == y)  {  return 0;  }    // If cell is invalid or blocked (0 means blocked or visited)  if (i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat[i j] == 0)  {  return -1;   }    // Mark current cell as visited by temporarily setting it to 0  mat[i j] = 0;    int maxPath = -1;    // Four possible moves: up down left right  int[] row = {-1 1 0 0};  int[] col = {0 0 -1 1};    for (int k = 0; k < 4; k++)  {  int ni = i + row[k];  int nj = j + col[k];    int pathLength = dfs(mat ni nj x y);    // If a valid path is found from this direction  if (pathLength != -1)  {  maxPath = Math.Max(maxPath 1 + pathLength);  }  }    // Backtrack - restore the cell's original value (1)  mat[i j] = 1;    return maxPath;  }    static int FindLongestPath(int[] mat int xs int ys int xd int yd)  {  // Check if source or destination is blocked  if (mat[xs ys] == 0 || mat[xd yd] == 0)  {  return -1;  }    return dfs(mat xs ys xd yd);  }    static void Main()  {  int[] mat = {  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  {1 1 0 1 1 0 1 1 0 1}  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  };    int xs = 0 ys = 0;   int xd = 1 yd = 7;     int result = FindLongestPath(mat xs ys xd yd);    if (result != -1)  Console.WriteLine(result);  else  Console.WriteLine(-1);  } }
JavaScript 
// Function to find the longest path using backtracking without extra space function dfs(mat i j x y) {  const m = mat.length;  const n = mat[0].length;    // If destination is reached  if (i === x && j === y) {  return 0;  }    // If cell is invalid or blocked (0 means blocked or visited)  if (i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat[i][j] === 0) {  return -1;   }    // Mark current cell as visited by temporarily setting it to 0  mat[i][j] = 0;    let maxPath = -1;    // Four possible moves: up down left right  const row = [-1 1 0 0];  const col = [0 0 -1 1];    for (let k = 0; k < 4; k++) {  const ni = i + row[k];  const nj = j + col[k];    const pathLength = dfs(mat ni nj x y);    // If a valid path is found from this direction  if (pathLength !== -1) {  maxPath = Math.max(maxPath 1 + pathLength);  }  }    // Backtrack - restore the cell's original value (1)  mat[i][j] = 1;    return maxPath; } function findLongestPath(mat xs ys xd yd) {  const m = mat.length;  const n = mat[0].length;    // Check if source or destination is blocked  if (mat[xs][ys] === 0 || mat[xd][yd] === 0) {  return -1;  }    return dfs(mat xs ys xd yd); }  const mat = [  [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]  [1 1 0 1 1 0 1 1 0 1]  [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]  ];    const xs = 0 ys = 0;   const xd = 1 yd = 7;     const result = findLongestPath(mat xs ys xd yd);    if (result !== -1)  console.log(result);  else  console.log(-1);

Wyjście 
24

Złożoność czasowa: O(4^(m*n)) Algorytm nadal bada do czterech kierunków na komórkę w macierzy m x n, co daje wykładniczą liczbę ścieżek. Modyfikacja lokalna nie wpływa na liczbę eksplorowanych ścieżek, więc złożoność czasowa pozostaje 4^(m*n).
Przestrzeń pomocnicza: O(m*n) Chociaż odwiedzana macierz jest eliminowana poprzez lokalną modyfikację macierzy wejściowej, stos rekurencji nadal wymaga przestrzeni O(m*n), ponieważ maksymalna głębokość rekurencji może w najgorszym przypadku wynosić m * n (np. ścieżka odwiedzająca wszystkie komórki w siatce zawierające głównie jedynki).