二维矩阵的最小路径问题

2018/11/2

给定一个二维数组,数组中每个数都是正数,要求从左上角出发走到右下角,并且只能向右或向下移动,求沿途经过的数字的最小累加和

public class MinPath {

    //最短路径的递归算法
    public static int minPath1(int[][] matrix) {
        return solve(matrix, matrix.length - 1, matrix[0].length - 1);
    }

    /**
     * 定义递归函数
     * 表示求解从左上角到(i,j)位置的最短路径
     *
     * @param matrix 二维矩阵
     * @param i
     * @param j
     * @return
     */
    public static int solve(int[][] matrix, int i, int j) {
        int res = matrix[i][j];
        //基准条件
        if (i == 0 && j == 0) {
            return res;
        }
        //第一行数据只和左边的单元格相关
        if (i == 0 && j != 0) {
            return res + solve(matrix, i, j - 1);
        }
        //第一列数据只和上方的单元格相关
        if (i != 0 && j == 0) {
            return res + solve(matrix, i - 1, j);
        }
        //其他情况下,需要比较左方以及上方的单元格,选择最小值,然后加上本身单元格的值
        return res + Math.min(solve(matrix, i, j - 1), solve(matrix, i - 1, j));
    }

    //最短路径的动态规划算法
    public static int minPath2(int[][] matrix) {
        int rows = matrix.length;
        int cols = matrix[0].length;
        int[][] dp = new int[rows][cols];

        //首先填充第一行
        dp[0][0] = matrix[0][0];
        for (int i = 1; i < cols; i++) {
            dp[0][i] = matrix[0][i] + dp[0][i - 1];
        }

        //填充第一列
        for (int i = 1; i < rows; i++) {
            dp[i][0] = matrix[i][0] + dp[i - 1][0];
        }

        for (int i = 1; i < rows; i++) {
            for (int j = 1; j < cols; j++) {
                dp[i][j] = Math.min(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]) + matrix[i][j];
            }
        }
        return dp[rows - 1][cols - 1];
    }

    // 随机矩阵构造函数,用于测试
    public static int[][] generateRandomMatrix(int rowSize, int colSize) {
        if (rowSize < 0 || colSize < 0) {
            return null;
        }
        int[][] result = new int[rowSize][colSize];
        for (int i = 0; i != result.length; i++) {
            for (int j = 0; j != result[0].length; j++) {
                result[i][j] = (int) (Math.random() * 10);
            }
        }
        return result;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[][] m = {{1, 3, 5, 9}, {8, 1, 3, 4}, {5, 0, 6, 1}, {8, 8, 4, 0}};
        System.out.println(minPath1(m));
        System.out.println(minPath2(m));

        m = generateRandomMatrix(6, 7);
        System.out.println(minPath1(m));
        System.out.println(minPath2(m));
    }
}

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