祖玛游戏
根据题意,桌面上最多有16个球,手中最多5个球;可以按照任意顺序在5个回合内使用手中的球;在每个回合中,我们可以选择将手中的球插入到桌面上任意两球之间或者这一排球的任意一端。
根据上述内容,可以通过如下方法实现BFS:
使用队列维护需要处理的状态队列,使用哈希集合存储已经访问过的状态。每次取出队列队头的状态,考虑其中所有可以插入球的方案,如果新方案还没有被访问过,则将新方案添加到队列的队尾。
剪枝条件:
因为题目规定了如果在消除后,出现了新的连续的三个或三个以上颜色相同的球,则继续消除这些球,直到不再满足消除条件,实际操作时,可以利用栈的特性,每次遇到可消除的球,就将其从栈中弹出。可以在遍历桌上的球时,使用列表维护遍历过的每种球的颜色和连续数量,从而通过一次遍历消除连续三个或三个以上颜色相同的球。
# BFS
class Solution:
def findMinStep(self, board: str, hand: str) -> int:
def clean(s):
# 消除桌面上需要消除的球
n = 1
while n:
s, n = re.subn(r"(.)\1{2,}", "", s)
return s
hand = "".join(sorted(hand))
# 初始化用队列维护的状态队列,其中的三个元素分别为桌面球状态、手中球状态和回合数
queue = deque([(board, hand, 0)])
# 初始化用哈希集合维护的已访问过的状态
visited = {(board, hand)}
while queue:
cur_board, cur_hand, step = queue.popleft()
for i, j in product(range(len(cur_board)+1), range(len(cur_hand))):
# 当前球的颜色与上一个球的颜色相同
if j > 0 and cur_hand[j] == cur_hand[j-1]:
continue
# 只在连续相同颜色的球的开头位置插入新球
if i > 0 and cur_board[i-1] == cur_hand[j]:
continue
# 当前球颜色与后面的球的颜色相同或当前后颜色相同且与当前颜色不同时放置球
choose = False
if 0 < i < len(cur_board) and cur_board[i - 1] == cur_board[i] and cur_board[i - 1] != cur_hand[j]:
choose = True
if i < len(cur_board) and cur_board[i] == cur_hand[j]:
choose = True
if choose:
new_board = clean(cur_board[:i]+cur_hand[j]+cur_board[i:])
new_hand = cur_hand[:j] + cur_hand[j+1:]
if not new_board:
return step + 1
if (new_board, new_hand) not in visited:
queue.append((new_board, new_hand, step+1))
visited.add((new_board, new_hand))
return -1
核心思想与BFS类似,还是搜索所有可能的插入方案,找到最少的插入方案。每次尝试选择一个手中的球将其插入到桌面上的任意两个球之间,然后对桌面上的球进行检测并对连续相同颜色的球进行消除,然后依次再进行插入和消除,直到桌面上的球全部消除或手中的球全部插入后桌面上的球也无法消除为止。假设当前桌面有n个球,手中持有m个球,则此时共有 A n + m m A_{n+m}^{m} An+mm种插入方法。如果直接搜索会超时,因此需要剪枝,剪枝的思路与BFS类似。
# DFS
COLORS = ["R", "Y", "B", "G", "W"]
class Solution:
def findMinStep(self, board: str, hand: str) -> int:
@lru_cache(None)
def clean(s):
# 消除桌面上需要消除的球
n = 1
while n:
s, n = re.subn(r"(.)\1{2,}", "", s)
return s
cnts = Counter(hand)
start = [cnts[c] for c in COLORS]
hand = tuple(start)
# 初始化用双端队列维护的状态队列:其中的三个元素分别为当前桌面的球、当期手中的球、当前回合数
queue = deque([(board, hand, 0)])
# 记忆化
visited = {(board, hand)}
while queue:
cur_board, cur_hand, step = queue.popleft()
for i in range(len(cur_board) + 1):
for j in range(len(cur_hand)):
if not cur_hand[j]:
continue
c = COLORS[j]
# 第 1 个剪枝条件: 只在连续相同颜色的球的开头位置插入新球(在它前面插入过了,不需要再插入,意义相同)
if i > 0 and cur_board[i - 1] == c:
continue
# 第 2 个剪枝条件: 只在以下两种情况放置新球
# - 第 1 种情况 : 当前后颜色相同且与当前颜色不同时候放置球
# - 第 2 种情况 : 当前球颜色与后面的球的颜色相同
choose = False
if 0 < i < len(cur_board) and cur_board[i - 1] == cur_board[i] and cur_board[i - 1] != c:
choose = True
if i < len(cur_board) and cur_board[i] == c:
choose = True
if choose:
cp = list(cur_hand)
cp[j] -= 1
b2, h2 = clean(cur_board[:i] + c + cur_board[i:]), tuple(cp)
if not b2:
return step + 1
if (b2, h2) not in visited:
queue.append((b2, h2, step + 1))
visited.add((b2, h2))
visited.add((b2[::-1], h2))
return -1