Vzhledem k velikosti 2D mřížky n*n kde každá buňka představuje náklady na procházení touto buňkou, úkolem je najít minimální náklady pohybovat se od vlevo nahoře buňky k vpravo dole buňka. Z dané buňky se můžeme nastěhovat 4 směry : zleva doprava nahoru dolů.
Poznámka: Předpokládá se, že ve vstupní matici neexistují záporné nákladové cykly.
pár c++
Příklad:
Vstup: mřížka = {{9 4 9 9}
{6 7 6 4}
{8 3 3 7}
{7 4 9 10}}
Výstup: 43
Vysvětlení: Minimální cena je 9 + 4 + 7 + 3 + 3 + 7 + 10.
Přístup:
Myšlenka je použít Dijkstrův algoritmus najít cestu minimálních nákladů mřížkou. Tento přístup zachází s mřížkou jako s grafem, kde každá buňka je uzel a algoritmus dynamicky zkoumá nákladově nejefektivnější cestu k buňce vpravo dole tím, že vždy nejprve rozšiřuje cesty s nejnižšími náklady.
Postup krok za krokem:
- Pomocí min-hromady vždy nejprve zpracujte cestu s nejnižšími náklady a vložte do ní levou horní buňku.
- Inicializujte matici nákladů s maximálními hodnotami nastavením ceny počáteční buňky na její hodnotu mřížky.
- Pro každou buňku zkontrolujte všechny 4 sousední buňky
- Pokud je nalezena cesta s nižšími náklady, aktualizujte cenu buňky a vložte ji do hromady.
- Vraťte minimální cenu, abyste se dostali do buňky vpravo dole.
Níže je uvedena implementace výše uvedeného přístupu:
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));
Výstup
43
Časová náročnost: O(n^2 log(n^2))
Pomocný prostor: O(n^2 log(n^2))
Proč nelze použít dynamické programování?
java řetězec na celé číslo
Dynamické programování zde selhává, protože umožnění pohybu ve všech čtyřech směrech vytváří cykly, ve kterých lze buňky znovu navštívit, čímž dojde k porušení předpokladu optimální substruktury. To znamená, že cena za dosažení buňky z dané buňky není pevná, ale závisí na celé cestě.
Související články:
Cesta minimálních nákladů
Vytvořit kvíz