给定一个N * N的网格,现在我们需要找到一条最大长度的路径,其中的路径定义如下:
现在,鉴于这几个条件,我需要找出可以进行的最大路径的长度。另外,我需要计算最大长度的此类路径。
示例:令N = 3,我们有3 * 3矩阵,如下所示:
0 3 2 3 0 1 2 1 0
那么这里的最大良好路径长度是3,而这种良好路径的数量是4。
此问题是“ 最长路径问题”的变体,但是您的限制使此问题更加容易,因为该图实际上是有向无环图(DAG),因此该问题可以有效解决。
定义有向图G=(V,E),如下所示:
G=(V,E)
V = { all cells in the matrix}
E = { (u,v) | u is adjacent to v AND value(u) + 1 = value(v) }
请注意,根据上述定义,生成的图形是DAG,因为您不能有任何循环,因为它会导致具有e= (u,v)诸如的边value(u) > value(v)。
e= (u,v)
value(u) > value(v)
现在,您只需从任何起点在DAG中找到最长的路径。这是通过对图进行拓扑排序,然后使用动态编程来完成的:
init: for every source in the DAG: D(v) = 0 if value(v) = 0 -infinity otherwise step: for each node v from first to last (according to topological sort) D(v) = max{D(u) + 1 | for each edge (u,v) }
完成后,找到v具有最大值的节点D(v),这是最长的“良好路径”的长度。 通过重新滚动上面的内容,找到路径本身,从最大D(v)向后追溯步骤,直到返回值为0的初始节点。
v
D(v)
这种方法的复杂性是 O(V+E) = O(n^2)
O(V+E) = O(n^2)
由于您正在寻找最长的路径数,因此可以对此解决方案进行一些修改,以计算到达每个节点的路径数,如下所示:
Topological sort the nodes, let the sorted array be arr (1) For each node v from start to end of arr: if value(v) = 0: set D(v) = 1 else sum = 0 for each u such that (u,v) is an edge: (2) sum = sum + D(u) D(v) = sum
上面将为您找到到达每个节点v的“良好路径”的数量D(v)。所有你现在要做的,就是找到的最大价值x在于拥有和节点v,使得value(v) = x和D(v) > 0,总结路径达成任何节点编号为value(v):
x
value(v) = x
D(v) > 0
value(v)
max = 0 numPaths = 0 for each node v: if value(v) == max: numPaths = numPaths + D(v) else if value(v) > max AND D(v) > 0: numPaths = D(v) max = value(v) return numPaths
注意:(1)-此处的“常规”排序适用,但是需要O(n ^ 2logn)时间,而拓扑排序需要O(n ^ 2)时间 (2)提醒,(u,v)是如果(1)u并且v相邻(2)值(u)+ 1 =值(v)
u