נתון רשת דו מימדית של גודל n*n כאשר כל תא מייצג את העלות לעבור דרך התא המשימה היא למצוא את עלות מינימלית לעבור מה שמאל למעלה תא אל ימין למטה תָא. מתא נתון נוכל לעבור פנימה 4 כיוונים : שמאל ימין למעלה למטה.
פֶּתֶק: ההנחה היא שמחזורי עלויות שליליים אינם קיימים במטריצת הקלט.
str.replace ב-java
דוּגמָה:
קֶלֶט: רשת = {{9 4 9 9}
{6 7 6 4}
{8 3 3 7}
{7 4 9 10}}
תפוקה: 43
הֶסבֵּר: מסלול העלות המינימלי הוא 9 + 4 + 7 + 3 + 3 + 7 + 10.
גִישָׁה:
הרעיון הוא להשתמש האלגוריתם של דיקסטרה כדי למצוא את נתיב העלות המינימלית דרך הרשת. גישה זו מתייחסת לרשת כגרף שבו כל תא הוא צומת והאלגוריתם בוחן באופן דינמי את הנתיב החסכוני ביותר לתא הימני התחתון על ידי הרחבת הנתיבים בעלות הנמוכה ביותר תחילה.
גישה צעד אחר צעד:
המרה ממחרוזת למספר שלם של java
- השתמש ב-Min-heap כדי לעבד תמיד את הנתיב בעל העלות הנמוכה ביותר תחילה ולדחוף את התא השמאלי העליון לתוכו.
- אתחול מטריצת עלות עם ערכי מקסימום להגדיר את העלות של תא ההתחלה לערך הרשת שלו.
- עבור כל תא בדוק את כל 4 התאים הסמוכים
- אם נמצא נתיב עלות נמוך יותר, עדכן את עלות התא ודחוף אותו לערימה.
- החזר את העלות המינימלית כדי להגיע לתא הימני התחתון.
להלן יישום הגישה לעיל:
C++// C++ program to find minimum Cost Path with // Left Right Bottom and Up moves allowed #include using namespace std; // Function to check if cell is valid. bool isValidCell(int i int j int n) { return i>=0 && i<n && j>=0 && j<n; } int minimumCostPath(vector<vector<int>> &grid) { int n = grid.size(); // Min heap to implement dijkstra priority_queue<vector<int> vector<vector<int>> greater<vector<int>>> pq; // 2d grid to store minimum cost // to reach every cell. vector<vector<int>> cost(n vector<int>(n INT_MAX)); cost[0][0] = grid[0][0]; // Direction vector to move in 4 directions vector<vector<int>> dir = {{-10} {10} {0-1} {01}}; pq.push({grid[0][0] 0 0}); while (!pq.empty()) { vector<int> top = pq.top(); pq.pop(); int c = top[0] i = top[1] j = top[2]; // Check for all 4 neighbouring cells. for (auto d: dir) { int x = i + d[0]; int y = j + d[1]; // If cell is valid and cost to reach this cell // from current cell is less if (isValidCell(x y n) && cost[i][j]+grid[x][y]<cost[x][y]) { // Update cost to reach this cell. cost[x][y] = cost[i][j]+grid[x][y]; // Push the cell into heap. pq.push({cost[x][y] x y}); } } } // Return minimum cost to // reach bottom right cell. return cost[n-1][n-1]; } int main() { vector<vector<int>> grid = {{9499}{6764}{8337}{74910}}; cout << minimumCostPath(grid) << endl; return 0; }
Java // Java program to find minimum Cost Path with // Left Right Bottom and Up moves allowed import java.util.PriorityQueue; import java.util.Arrays; class GfG { // Function to check if cell is valid. static boolean isValidCell(int i int j int n) { return i >= 0 && i < n && j >= 0 && j < n; } static int minimumCostPath(int[][] grid) { int n = grid.length; // Min heap to implement Dijkstra PriorityQueue<int[]> pq = new PriorityQueue<>((a b) -> Integer.compare(a[0] b[0])); // 2D grid to store minimum cost // to reach every cell. int[][] cost = new int[n][n]; for (int[] row : cost) { Arrays.fill(row Integer.MAX_VALUE); } cost[0][0] = grid[0][0]; // Direction vector to move in 4 directions int[][] dir = {{-1 0} {1 0} {0 -1} {0 1}}; pq.offer(new int[]{grid[0][0] 0 0}); while (!pq.isEmpty()) { int[] top = pq.poll(); int c = top[0] i = top[1] j = top[2]; // Check for all 4 neighbouring cells. for (int[] d : dir) { int x = i + d[0]; int y = j + d[1]; // If cell is valid and cost to reach this cell // from current cell is less if (isValidCell(x y n) && cost[i][j] + grid[x][y] < cost[x][y]) { // Update cost to reach this cell. cost[x][y] = cost[i][j] + grid[x][y]; // Push the cell into heap. pq.offer(new int[]{cost[x][y] x y}); } } } // Return minimum cost to // reach bottom right cell. return cost[n - 1][n - 1]; } public static void main(String[] args) { int[][] grid = { {9 4 9 9} {6 7 6 4} {8 3 3 7} {7 4 9 10} }; System.out.println(minimumCostPath(grid)); } }
Python # Python program to find minimum Cost Path with # Left Right Bottom and Up moves allowed import heapq # Function to check if cell is valid. def isValidCell(i j n): return i >= 0 and i < n and j >= 0 and j < n def minimumCostPath(grid): n = len(grid) # Min heap to implement Dijkstra pq = [] # 2D grid to store minimum cost # to reach every cell. cost = [[float('inf')] * n for _ in range(n)] cost[0][0] = grid[0][0] # Direction vector to move in 4 directions dir = [[-1 0] [1 0] [0 -1] [0 1]] heapq.heappush(pq [grid[0][0] 0 0]) while pq: c i j = heapq.heappop(pq) # Check for all 4 neighbouring cells. for d in dir: x y = i + d[0] j + d[1] # If cell is valid and cost to reach this cell # from current cell is less if isValidCell(x y n) and cost[i][j] + grid[x][y] < cost[x][y]: # Update cost to reach this cell. cost[x][y] = cost[i][j] + grid[x][y] # Push the cell into heap. heapq.heappush(pq [cost[x][y] x y]) # Return minimum cost to # reach bottom right cell. return cost[n - 1][n - 1] if __name__ == '__main__': grid = [ [9 4 9 9] [6 7 6 4] [8 3 3 7] [7 4 9 10] ] print(minimumCostPath(grid))
C# // C# program to find minimum Cost Path with // Left Right Bottom and Up moves allowed using System; using System.Collections.Generic; class GfG { // Function to check if cell is valid. static bool isValidCell(int i int j int n) { return i >= 0 && i < n && j >= 0 && j < n; } static int minimumCostPath(int[][] grid) { int n = grid.Length; // Min heap to implement Dijkstra var pq = new SortedSet<(int cost int x int y)>(); // 2D grid to store minimum cost // to reach every cell. int[][] cost = new int[n][]; for (int i = 0; i < n; i++) { cost[i] = new int[n]; Array.Fill(cost[i] int.MaxValue); } cost[0][0] = grid[0][0]; // Direction vector to move in 4 directions int[][] dir = { new int[] {-1 0} new int[] {1 0} new int[] {0 -1} new int[] {0 1} }; pq.Add((grid[0][0] 0 0)); while (pq.Count > 0) { var top = pq.Min; pq.Remove(top); int i = top.x j = top.y; // Check for all 4 neighbouring cells. foreach (var d in dir) { int x = i + d[0]; int y = j + d[1]; // If cell is valid and cost to reach this cell // from current cell is less if (isValidCell(x y n) && cost[i][j] + grid[x][y] < cost[x][y]) { // Update cost to reach this cell. cost[x][y] = cost[i][j] + grid[x][y]; // Push the cell into heap. pq.Add((cost[x][y] x y)); } } } // Return minimum cost to // reach bottom right cell. return cost[n - 1][n - 1]; } static void Main(string[] args) { int[][] grid = new int[][] { new int[] {9 4 9 9} new int[] {6 7 6 4} new int[] {8 3 3 7} new int[] {7 4 9 10} }; Console.WriteLine(minimumCostPath(grid)); } }
JavaScript // JavaScript program to find minimum Cost Path with // Left Right Bottom and Up moves allowed function comparator(a b) { if (a[0] > b[0]) return -1; if (a[0] < b[0]) return 1; return 0; } class PriorityQueue { constructor(compare) { this.heap = []; this.compare = compare; } enqueue(value) { this.heap.push(value); this.bubbleUp(); } bubbleUp() { let index = this.heap.length - 1; while (index > 0) { let element = this.heap[index] parentIndex = Math.floor((index - 1) / 2) parent = this.heap[parentIndex]; if (this.compare(element parent) < 0) break; this.heap[index] = parent; this.heap[parentIndex] = element; index = parentIndex; } } dequeue() { let max = this.heap[0]; let end = this.heap.pop(); if (this.heap.length > 0) { this.heap[0] = end; this.sinkDown(0); } return max; } sinkDown(index) { let left = 2 * index + 1 right = 2 * index + 2 largest = index; if ( left < this.heap.length && this.compare(this.heap[left] this.heap[largest]) > 0 ) { largest = left; } if ( right < this.heap.length && this.compare(this.heap[right] this.heap[largest]) > 0 ) { largest = right; } if (largest !== index) { [this.heap[largest] this.heap[index]] = [ this.heap[index] this.heap[largest] ]; this.sinkDown(largest); } } isEmpty() { return this.heap.length === 0; } } // Function to check if cell is valid. function isValidCell(i j n) { return i >= 0 && i < n && j >= 0 && j < n; } function minimumCostPath(grid) { let n = grid.length; // Min heap to implement Dijkstra const pq = new PriorityQueue(comparator) // 2D grid to store minimum cost // to reach every cell. let cost = Array.from({ length: n } () => Array(n).fill(Infinity)); cost[0][0] = grid[0][0]; // Direction vector to move in 4 directions let dir = [[-1 0] [1 0] [0 -1] [0 1]]; pq.enqueue([grid[0][0] 0 0]); while (!pq.isEmpty()) { let [c i j] = pq.dequeue(); // Check for all 4 neighbouring cells. for (let d of dir) { let x = i + d[0]; let y = j + d[1]; // If cell is valid and cost to reach this cell // from current cell is less if (isValidCell(x y n) && cost[i][j] + grid[x][y] < cost[x][y]) { // Update cost to reach this cell. cost[x][y] = cost[i][j] + grid[x][y]; // Push the cell into heap. pq.enqueue([cost[x][y] x y]); } } } // Return minimum cost to // reach bottom right cell. return cost[n - 1][n - 1]; } let grid = [ [9 4 9 9] [6 7 6 4] [8 3 3 7] [7 4 9 10] ]; console.log(minimumCostPath(grid));
תְפוּקָה
43
מורכבות זמן: O(n^2 log(n^2))
מרחב עזר: O(n^2 log(n^2))
מדוע לא ניתן להשתמש בתכנות דינמי?
תכנות דינמי נכשל כאן מכיוון שמתיר תנועה לכל ארבעת הכיוונים יוצר מחזורים שבהם ניתן לבקר מחדש בתאים תוך שבירת הנחת התשתית האופטימלית. המשמעות היא שהעלות להגיע לתא מתא נתון אינה קבועה אלא תלויה בנתיב כולו.
מאמרים קשורים:
נתיב עלות מינימלית
צור חידון