Java刷算法之基于模拟队列的BFS
基于模拟队列的BFS
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- 板子
- 题目1----走迷宫
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- 样例
- 完整代码
- 题目2----机器人的运动范围
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- 样例
- 完整代码
- 题目3----海上救援任务
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- 样例
- 完整代码
板子
首先将BFS板子拿出来，通过数组构造模拟队列，实现宽度优先搜索(BFS)。宽度优先搜索适用范围：问题要求最短路径。例如：求从左上角走到右下角最少需要走多少步。常见BFS题型：迷宫问题。
public static int BFS(){
int hh=0,tt=0;
q[0]=new Pair(0, 0);//将初始点加入队列
for(int[] item:d)Arrays.fill(item,-1);//将距离数组初始化
d[0][0]=0;//将距离矩阵开头初始化为0
int []dx={-1,0,1,0},dy={0,1,0,-1};//方向数组
//当模拟队列不为空
while(hh<=tt){
Pair head=q[hh++];//取出队头
for(int i=0;i<4;i++){
int x=head.x+dx[i],y=head.y+dy[i];
if(x>=0&&x<n&&y>=0&&y<m&&a[x][y]==0&&d[x][y]==-1){
d[x][y]=d[head.x][head.y]+1;
q[++tt]=new Pair(x, y);//添加入队列
}
}
}
return d[n-1][m-1];
}
题目1----走迷宫
给定一个 n×m 的二维整数数组，用来表示一个迷宫，数组中只包含 0 或 1，其中 0 表示可以走的路，1 表示不可通过的墙壁。最初，有一个人位于左上角 (1,1) 处，已知该人每次可以向上、下、左、右任意一个方向移动一个位置。请问，该人从左上角移动至右下角 (n,m) 处，至少需要移动多少次。数据保证 (1,1) 处和 (n,m) 处的数字为 0，且一定至少存在一条通路。
输入格式
第一行包含两个整数 n 和 m。
接下来 n 行，每行包含 m 个整数（0 或 1），表示完整的二维数组迷宫。
输出格式
输出一个整数，表示从左上角移动至右下角的最少移动次数。
数据范围
1≤n,m≤100
样例
输入样例：
5 5
0 1 0 0 0
0 1 0 1 0
0 0 0 0 0
0 1 1 1 0
0 0 0 1 0
输出样例：
8
完整代码
import java.util.*;
public class 走迷宫 {
static int maxn=1010,m,n;
static int [][]a=new int[maxn][maxn];
static int [][]d=new int[maxn][maxn];//距离
static Pair[]q=new Pair[maxn*maxn];//模拟队列
public static void main(String []args){
Scanner input=new Scanner(System.in);
n=input.nextInt();
m=input.nextInt();
for(int i=0;i<n;i++){
for(int j=0;j<m;j++){
a[i][j]=input.nextInt();
}
}
System.out.println(BFS());
input.close();
}
public static int BFS(){
int hh=0,tt=0;
q[0]=new Pair(0, 0);//将初始点加入队列
for(int[] item:d)Arrays.fill(item,-1);//将距离数组初始化
d[0][0]=0;//将距离矩阵开头初始化为0
int []dx={-1,0,1,0},dy={0,1,0,-1};//方向数组
//当模拟队列不为空
while(hh<=tt){
Pair head=q[hh++];//取出队头
for(int i=0;i<4;i++){
int x=head.x+dx[i],y=head.y+dy[i];
if(x>=0&&x<n&&y>=0&&y<m&&a[x][y]==0&&d[x][y]==-1){
d[x][y]=d[head.x][head.y]+1;
q[++tt]=new Pair(x, y);
}
}
}
return d[n-1][m-1];
}
}
class Pair{//构造坐标类
int x;
int y;
public Pair(int x,int y){
this.x=x;
this.y=y;
}
}
题目2----机器人的运动范围
地上有一个 m 行和 n 列的方格，横纵坐标范围分别是 0∼m−1 和 0∼n−1。一个机器人从坐标 (0,0) 的格子开始移动，每一次只能向左，右，上，下四个方向移动一格。但是不能进入行坐标和列坐标的数位之和大于 k 的格子。请问该机器人能够达到多少个格子？
样例
输入：k=7, m=4, n=5
输出：20
完整代码
import java.util.Arrays;
import java.util.Scanner;
public class 机器人的运动范围 {
static boolean check(int x,int y,int k){//数位和检查函数
int sum=0;
while(x!=0){
sum+=x%10;
x/=10;
}
while(y!=0){
sum+=y%10;
y/=10;
}
return sum>k?false:true;
}
public static void main(String []args){
Scanner input=new Scanner(System.in);
int k=input.nextInt();
int m=input.nextInt();
int n=input.nextInt();
System.out.println(bfs(m,n,k));
input.close();
}
public static int bfs(int m,int n,int k){
int[][]d=new int[m+1][n+1];
Pair[]q=new Pair[m*n+1];
if(m==0||n==0)return 0;
if(k==0)return 1;
int tt=0,hh=0;
q[0]=new Pair(0, 0);
for(int[]item:d)Arrays.fill(item, 0);
int res=0;
int dx[]={-1,0,1,0},dy[]={0,1,0,-1};
while(hh<=tt){
Pair head=q[hh++];
for(int i=0;i<4;i++){
int x=head.x+dx[i],y=head.y+dy[i];
if(x>=0&&x<m&y>=0&&y<n&&d[x][y]==0&&check(x, y,k)){
res++;
d[x][y]=1;
q[++tt]=new Pair(x, y);
}
}
}
return res;
}
}
class Pair{//坐标类
int x;
int y;
public Pair(int x,int y){
this.x=x;
this.y=y;
}
}
题目3----海上救援任务
广阔的大海地图可以由矩形阵列表示。
矩阵的元素由数字0和1组成。0表示海水。数字1代表军舰。
同一舰队的定义为沿军舰数字上下左右还是军舰数字1则为同一舰队。
求给定矩形阵列的舰队个数。如:矩阵
0111100011
1011110100
1011100111
0000000011
有4个舰队。
其中有艘军舰发生故障，负责救援的人员从固定的救援军舰赶往故障处。处于安全考虑，救援人员只能通过舰队内部到达故障点。
【输入格式】
第一行两个整数n，m （1 < = n，m< ＝ 100）
下来是n×m矩阵
下来一行K（1 < = K < =2000) ，代表下来K行有K个询问。每行为X1,Y1,X2,Y2代表两艘军舰的海上坐标。
【输出格式】
如果两艘军舰属于同一舰队那么输出它们之间最短的内部距离，若两艘军舰不属于同一舰队，那么请输出"Impossible".
注意： 舰队由军舰构成。
样例
【样例输入】
4 10
0 1 1 1 1 0 0 0 1 1
1 0 1 1 1 1 0 1 0 0
1 0 1 1 1 0 0 1 1 1
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
2
1 3 2 6
1 3 4 10
【样例输出】
4
Impossible
完整代码
import java.util.*;
public class 海上救援任务 {
static int maxn=2010,m,n;
static int [][]a=new int[maxn][maxn];
static Pair[]q=new Pair[maxn*maxn];
static int [][]d=new int[maxn][maxn];
public static void main(String[]args){
Scanner input=new Scanner(System.in);
n=input.nextInt();
m=input.nextInt();
//输入阵列
for(int i=1;i<=n;i++){
for(int j=1;j<=m;j++){
a[i][j]=input.nextInt();
}
}
int k=input.nextInt();
for(int i=0;i<k;i++){
int x1=input.nextInt();
int y1=input.nextInt();
int x2=input.nextInt();
int y2=input.nextInt();
BFS(x1,y1,x2,y2);
}
input.close();
}
public static void BFS(int x1,int y1,int x2,int y2){
int hh=0,tt=0;
q[0]=new Pair(x1,y1);
boolean flag=false;
for(int[] item:d)Arrays.fill(item,-1);//初始化距离矩阵
d[x1][y1]=0;
int []dx={-1,0,1,0};
int []dy={0,1,0,-1};
while(hh<=tt){//队列不为空
Pair head=q[hh++];//取出队头
for(int i=0;i<4;i++){
int xt=head.x+dx[i],yt=head.y+dy[i];
if(xt>=1&&xt<=n&&yt>=1&&yt<=m&&d[xt][yt]==-1&&a[xt][yt]==1){
d[xt][yt]=d[head.x][head.y]+1;
q[++tt]=new Pair(xt, yt);
if(xt==x2&&yt==y2){
flag=true;
System.out.println(d[xt][yt]);
break;
}
}
}
}
if(!flag){System.out.println("Impossible");}
}
}
class Pair{
int x;
int y;
public Pair(int x,int y){
this.x=x;
this.y=y;
}
}