一尘不染

查找网格中最佳路径的最大长度

algorithm

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:

  1. 好的路径总是从标记为0的单元格开始
  2. 我们只允许向左,向右,向上或向下移动
  3. 如果第i个单元格的值是A,则路径中下一个单元格的值必须是A + 1。

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。

0 3 2
3 0 1
2 1 0

0 3 2
3 0 1
2 1 0

0 3 2
3 0 1
2 1 0

0 3 2
3 0 1
2 1 0


阅读 407

收藏
2020-07-28

共1个答案

一尘不染

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:

  • V = { all cells in the matrix} (健全性检查:| V | = N ^ 2)
  • 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)

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。

这种方法的复杂性是 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) = xD(v) > 0,总结路径达成任何节点编号为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)

2020-07-28