LeetCode:Word Ladder I II

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LeetCode:Word Ladder 

Given two words (start and end), and a dictionary, find the length of shortest transformation sequence from start to end, such that:

1. Only one letter can be changed at a time
2. Each intermediate word must exist in the dictionary

For example,

Given:
start = "hit"
end = "cog"
dict = ["hot","dot","dog","lot","log"]

As one shortest transformation is "hit" -> "hot" -> "dot" -> "dog" -> "cog",
return its length 5.

Note:

• Return 0 if there is no such transformation sequence.
• All words have the same length.
• All words contain only lowercase alphabetic characters.

分析：这种题，肯定是每次改变单词的一个字母，然后逐渐搜索，很多人一开始就想到用dfs，其实像这种求最短路径、树最小深度问题bfs最适合，可以参考我的这篇博客bfs（层序遍历）求二叉树的最小深度。本题bfs要注意的问题：

• 和当前单词相邻的单词是：对当前单词改变一个字母且在字典中存在的单词
• 找到一个单词的相邻单词，加入bfs队列后，要从字典中删除，因为不删除的话会造成类似于hog->hot->hog的死循环。而删除对求最短路径没有影响，因为我们第一次找到该单词肯定是最短路径，即使后面其他单词也可能转化得到它，路径肯定不会比当前的路径短（如果要输出所有最短路径，则不能立即从字典中删除，具体见下一题）
• bfs队列中用NULL来标识层与层的间隔，每次碰到层的结尾，遍历深度+1

我们利用和求二叉树最小深度层序遍历的方法来进行bfs，代码如下：                                                                                                                              本文地址

 1 class Solution {
 2 public:
 3     int ladderLength(string start, string end, unordered_set<string> &dict) {
 4         // IMPORTANT: Please reset any member data you declared, as
 5         // the same Solution instance will be reused for each test case.
 6         //BFS遍历找到的第一个匹配就是最短转换,空字符串是层与层之间的分隔标志
 7         queue<string> Q;
 8         Q.push(start); Q.push("");
 9         int res = 1;
10         while(Q.empty() == false)
11         {
12             string str = Q.front();
13             Q.pop();
14             if(str != "")
15             {
16                 int strLen = str.length();
17                 for(int i = 0; i < strLen; i++)
18                 {
19                     char tmp = str[i];
20                     for(char c = 'a'; c <= 'z'; c++)
21                     {
22                         if(c == tmp)continue;
23                         str[i] = c;
24                         if(str == end)return res+1;
25                         if(dict.find(str) != dict.end())
26                         {
27                             Q.push(str);
28                             dict.erase(str);
29                         }
30                     }
31                     str[i] = tmp;
32                 }
33             }
34             else if(Q.empty() == false)
35             {//到达当前层的结尾，并且不是最后一层的结尾
36                 res++;
37                 Q.push("");
38             }
39         }
40         return 0;
41     }
42 };

 

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LeetCode:Word Ladder II

Given two words (start and end), and a dictionary, find all shortest transformation sequence(s) from start to end, such that:

1. Only one letter can be changed at a time
2. Each intermediate word must exist in the dictionary

For example,

Given:
start = "hit"
end = "cog"
dict = ["hot","dot","dog","lot","log"]

Return

  [
    ["hit","hot","dot","dog","cog"],
    ["hit","hot","lot","log","cog"]
  ]

Note:

• All words have the same length.
• All words contain only lowercase alphabetic characters.

分析：本题主要的框架和上一题是一样，但是还要解决两个额外的问题：一、 怎样保证求得所有的最短路径；二、 怎样构造这些路径

第一问题：

• 不能像上一题第二点注意那样，找到一个单词相邻的单词后就立马把它从字典里删除，因为当前层还有其他单词可能和该单词是相邻的，这也是一条最短路径，比如hot->hog->dog->dig和hot->dot->dog->dig，找到hog的相邻dog后不能立马删除，因为和hog同一层的单词dot的相邻也是dog，两者均是一条最短路径。但是为了避免进入死循环，再hog、dot这一层的单词便利完成后dog还是得从字典中删除。即等到当前层所有单词遍历完后，和他们相邻且在字典中的单词要从字典中删除。
• 如果像上面那样没有立马删除相邻单词，就有可能把同一个单词加入bfs队列中，这样就会有很多的重复计算（比如上面例子提到的dog就会被2次加入队列）。因此我们用一个哈希表来保证加入队列中的单词不会重复，哈希表在每一层遍历完清空（代码中hashtable）。
• 当某一层的某个单词转换可以得到end单词时，表示已经找到一条最短路径，那么该单词的其他转换就可以跳过。并且遍历完这一层以后就可以跳出循环，因为再往下遍历，肯定会超过最短路径长度

第二个问题：

• 为了输出最短路径，我们就要在比bfs的过程中保存好前驱节点，比如单词hog通过一次变换可以得到hot，那么hot的前驱节点就包含hog，每个单词的前驱节点有可能不止一个，那么每个单词就需要一个数组来保存前驱节点。为了快速查找因此我们使用哈希表来保存所有单词的前驱路径，哈希表的key是单词，value是单词数组。（代码中的unordered_map<string,vector<string> >prePath）                         
• 有了上面的前驱路径，可以从目标单词开始递归的构造所有最短路径（代码中的函数 ConstructResult）

 1 class Solution {
 2 public:
 3     typedef unordered_set<string>::iterator HashIter;
 4     vector<vector<string>> findLadders(string start, string end, unordered_set<string> &dict) {
 5         // Note: The Solution object is instantiated only once and is reused by each test case.
 6         queue<string> Q;
 7         Q.push(start); Q.push("");
 8         bool hasFound = false;
 9         unordered_map<string,vector<string> >prePath;//前驱路径
10         unordered_set<string> hashtable;//保证bfs时插入队列的元素不存在重复
11         while(Q.empty() == false)
12         {
13             string str = Q.front(), strCopy = str;
14             Q.pop();
15             if(str != "")
16             {
17                 int strLen = str.length();
18                 for(int i = 0; i < strLen; i++)
19                 {
20                     char tmp = str[i];
21                     for(char c = 'a'; c <= 'z'; c++)
22                     {
23                         if(c == tmp)continue;
24                         str[i] = c;
25                         if(str == end)
26                         {
27                             hasFound = true;
28                             prePath[end].push_back(strCopy);
29                             //找到了一条最短路径，当前单词的其它转换就没必要
30                             goto END;
31                         }
32                         if(dict.find(str) != dict.end())
33                         {
34                             prePath[str].push_back(strCopy);
35                             //保证bfs时插入队列的元素不存在重复
36                             if(hashtable.find(str) == hashtable.end())
37                                 {Q.push(str); hashtable.insert(str);}
38                         }
39                     }
40                     str[i] = tmp;
41                 }
42             }
43             else if(Q.empty() == false)//到当前层的结尾，且不是最后一层的结尾
44             {
45                 if(hasFound)break;
46                 //避免进入死循环，把bfs上一层插入队列的元素从字典中删除
47                 for(HashIter ite = hashtable.begin(); ite != hashtable.end(); ite++)
48                     dict.erase(*ite);
49                 hashtable.clear();
50                 Q.push("");
51             }
52         END: ;
53         }
54         vector<vector<string> > res;
55         if(prePath.find(end) == prePath.end())return res;
56         vector<string> tmpres;
57         tmpres.push_back(end);
58         ConstructResult(prePath, res, tmpres, start, end);
59         return res;
60     }
61     
62 private:
63     //从前驱路径中回溯构造path
64     void ConstructResult(unordered_map<string,vector<string> > &prePath, 
65         vector<vector<string> > &res, vector<string> &tmpres, 
66         string &start, string &end)
67     {
68         if(start == end)
69         {
70             reverse(tmpres.begin(), tmpres.end());
71             res.push_back(tmpres);
72             reverse(tmpres.begin(), tmpres.end());
73             return;
74         }
75         vector<string> &pre = prePath[end];
76         for(int i = 0; i < pre.size(); i++)
77         {
78             tmpres.push_back(pre[i]);
79             ConstructResult(prePath, res, tmpres, start, pre[i]);
80             tmpres.pop_back();
81         }
82         
83     }
84 };

另外这一题如果不用队列来进行bfs，可能会更加方便，使用两个哈希表来模拟队列，这样还可以避免前面提到的同一个元素加入队列多次的问题，具体可以参考这篇博客

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