岛问题:1是陆地,0是水域,请问矩阵arr中有几个岛,并查集并行加速

岛问题:1是陆地,0是水域,请问矩阵arr中有几个岛?并查集并行加速

提示:岛问题,可以改编,然后在各大互联网大厂考,
我之前就见过,当时不熟悉岛问题,最后还是没做出来,可惜了!

重要的基础知识:并查集的事情,我们之前说透了已经
【1】解决连通性问题的利器:并查集


文章目录

  • 岛问题:1是陆地,0是水域,请问矩阵arr中有几个岛?并查集并行加速
    • @[TOC](文章目录)
  • 题目
  • 一、审题
  • 感染函数f
  • 统计arr中有多少个岛屿?
  • 用并查集和并行计算方式寻找岛屿的数量
  • 总结

题目

矩阵arr中包含0和1,1上向左右一个方向是1就可以连成一片,成为岛屿
0是水域,请问你arr中有几个岛屿?


一、审题

示例:arr=
0 1 0 1 0 0 0
1 1 0 1 1 1 0
0 1 0 0 0 1 0
0 0 0 0 0 0 0

显然,arr中2个岛屿:绿色连成一片,粉色连成1片
岛问题:1是陆地,0是水域,请问矩阵arr中有几个岛,并查集并行加速_第1张图片


感染函数f

将某个格子为1的四个方向,搜索并感染他们,遇到1就感染,否则返回不管,越界放回不管
手撕感染函数代码

    //复习岛屿感染函数
    public static void f(int[][] arr, int i, int j){
        if (i < 0 || i >= arr.length || j < 0 || j >= arr[0].length || arr[i][j] != 1) return;
        //arrij位置不是1,不能感染哦!

        //感染它,变非1
        arr[i][j] = 2;
        //然后沿着ij四周感染
        f(arr, i - 1, j);
        f(arr, i + 1, j);
        f(arr, i, j - 1);
        f(arr, i, j + 1);
    }

统计arr中有多少个岛屿?

遍历arr所有格子,每当一个格子遇到1,就去四周感染,计数器count++;返回之后继续寻找下一个格子
感染过的格子,先让它变非1,这样下次不会重新来过,避免重复见。

每个格子判断是否为1?那就需要o(n^2)复杂度,绕不开的

手撕代码,easy:

    //统计arr有多少个岛屿
    public static int islandNum(int[][] arr){
        if (arr == null || arr.length == 0 || arr[0].length == 0) return 0;

        int N = arr.length;
        int M = arr[0].length;

        int count = 0;
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            for (int j = 0; j < M; j++) {
                if (arr[i][j] == 1){
                    count++;
                    f(arr, i, j);//沿途感染了
                }
            }
        }

        return count;
    }

    public static void test(){
        int[][] arr = {
                {0,0,0,1,1},
                {0,1,0,0,0},
                {0,1,0,1,0},
                {0,0,0,1,1},
                {1,1,1,0,0}
        };

        int[][] arr2 = {
                {0,0,0,1,1},
                {0,1,0,0,0},
                {0,1,0,1,0},
                {0,0,0,1,1},
                {1,1,1,0,0}
        };
        System.out.println(getNumOfIsland(arr));
        System.out.println(islandNum(arr2));
    }

    public static void main(String[] args) {
        test();
    }

测试一把:

4
4

用并查集和并行计算方式寻找岛屿的数量

上面那个是常规骚操作,o(n^2)复杂度过于高,你得优化啊!想办法

现在,请你用并行算法加速寻找岛屿问题
并查集的事情,我们之前说透了已经,你先好好学习一下:
【1】解决连通性问题的利器:并查集
有了并查集,就可以轻而易举将不同的岛屿联通到一起,并查集是解决连通性的利器!!!

将arr并行放到两台机子上分别计算一半
岛问题:1是陆地,0是水域,请问矩阵arr中有几个岛,并查集并行加速_第2张图片
arr=
111111 111111
100000 000001
101111 111111
101000 000000
101111 111111
100000 000001
111111 111111

有多少个岛屿?其实就1个呗,暴力找麻烦死了,咱们讲左右两半咔嚓分开!
岛问题:1是陆地,0是水域,请问矩阵arr中有几个岛,并查集并行加速_第3张图片
目前你感染他们并统计出来count是4个岛屿
岛问题:1是陆地,0是水域,请问矩阵arr中有几个岛,并查集并行加速_第4张图片
然后你看看左右两个机子
(1)A1和C1中间位置是相连的,必然是岛屿相接的地方,用并查集将A1C1融合在一个集合中。
count–=3
(2)B1和C1相接的,必然是岛屿相连的地方,用并查集将B1C1融合在一个集合中。
count–=2
(3)检查B1和D1是否在同一个集合中?不在,但是B1和D1相接的地方,也是紧邻,
所以必然是同一片岛屿,用并查集将B1D1融合在一个集合中。
count–=1
(4)检查A1和D1是否在同一个集合中?在
直到最后一行已经检查完毕,OK,此时的count就是岛屿的个数!!!

这就是并查集,将矩阵并行分开运算感染,最后融合的思想,这个速度非常非常快!!!
如果你跟面试官说说这个想法,恐怕这就是展示你实力的时候,面试官会很惊讶的。


总结

提示:重要经验:

1)岛问题,遇到1,上下左右四个方向都去感染变2,整体宏观调度统计岛屿数量
2)为了加速感染和统计的速度,完全可以把矩阵并行放到2台机子上运算,这样快,最后用并查集融合岛屿,联通相邻的岛屿,统计count–
3)笔试求AC,可以不考虑空间复杂度,但是面试既要考虑时间复杂度最优,也要考虑空间复杂度最优。

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