华为od（D卷）路口最短时间问题
文章目录
- 题目描述
- 输入描述
- 输出描述
- 示例1
- 思路
- 代码
题目描述
假定街道是棋盘型的，每格距离相等，车辆通过每格街道需要时间均为 timePerRoad；
街道的街口（交叉点）有交通灯，灯的周期 T（=lights[row][col]）各不相同；
车辆可直行、左转和右转，其中直行和左转需要等相应 T 时间的交通灯才可通行，右转无需等待。
现给出 n * m 个街口的交通灯周期，以及起止街口的坐标，计算车辆经过两个街口的最短时间。
其中：
- 起点和终点的交通灯不计入时间，且可以在任意方向经过街口
- 不可超出 n * m 个街口，不可跳跃，但边线也是道路（即：lights[0][0] -> lights[0][1] 是有效路径）
入口函数定义：
/**
* @param lights：n*m个街口每个交通灯的周期，值范围[0, 120]，n和m的范围为[1,9]
* @param timePreRoad：相邻两个街口之间街道的通行时间，范围为[0,600]
* @param rowStart：起点的行号
* @param colStart：起点的列号
* @param rowEnd：终点的行号
* @param colEnd：终点的列号
* @return lights[rowStart][colStart] 与 lights[rowEnd][colEnd] 两个街口之间的最短通行时间
*/
int calcTime(int[][] lights, int timePreRoad, int rowStart, int colStart, int rowEnd, int colEnd)
输入描述
第一行输入 n 和 m，以空格分隔
之后 n 行输入 lights矩阵，矩阵每行m个整数，以空格分隔
之后一行输入 timePerRoad
之后一行输入 rowStart colStart，以空格分隔
最后一行输入 rowEnd colEnd，以空格分隔
输出描述
lights[rowStart][colStart] 与 lights[rowEnd][colEnd] 两个街口之间的最短通行时间
示例1
输入
3 3
1 2 3
4 5 6
7 8 9
60
0 0
2 2
输出
245
说明
行走路线为 (0,0) -> (0,1) -> (1,1) -> (1,2) -> (2,2) 走了4格路，2个右转，1个左转，共耗时 60+0+60+5+60+0+60=245
思路
-
暴力解法回溯出所有路线，计算距离
-
在有权图（权值非负数）中求从起点到其他节点的最短路径算法: dijkstra 算法(dijkstra 算法可以同时求 起点到所有节点的最短路径)
dijkstra：
- 第一步，选源点到哪个节点近且该节点未被访问过
- 第二步，该最近节点被标记访问过
- 第三步，更新非访问节点到源点的距离（即更新minDist数组）
注意：到达当前节点的最短距离，不一定能推导出下一个节点的最小距离
例如： 到达（1,2）的距离(0,0) -> (0,1) -> (0,2) ->(1,2) : 60*3+2+0 = 182;比(0,0) -> (0,1) -> (1,1) -> (1,2) 60*3+5+0 = 185； 182的线路小，但是这个线路不能推导出(2,2)的最优解， 所以minDist在存储时不能只存储距离，还要存储方向信息。
方向编号处理： 顺时针规定方向编号，从0开始
路口编号处理： 按照先行后列设置编号，从0开始（目的为了降低数组维度，降低for循环嵌套）
代码
public class Demo20 {
// 方向顺序
private static final int[][] dir = new int[][] {
{-1, 0},
{0, 1},
{1, 0},
{0, -1},
};
public static void main(String[] args) {
Scanner in = new Scanner(System.in);
while (in.hasNextInt()) {
int rows = in.nextInt();
int cols = in.nextInt();
int[][] lights = new int[rows][cols];
for (int i = 0; i < rows; i++) {
for (int j = 0; j < cols; j++) {
lights[i][j] = in.nextInt();
}
}
int timePerRoad = in.nextInt();
int rowStart = in.nextInt();
int colStart = in.nextInt();
int rowEnd = in.nextInt();
int colEnd = in.nextInt();
System.out.println(calcTime(lights, timePerRoad, rowStart, colStart, rowEnd, colEnd));
}
in.close();
}
/**
* @param lights：n*m个街口每个交通灯的周期，值范围[0, 120]，n和m的范围为[1,9]
* @param timePreRoad：相邻两个街口之间街道的通行时间，范围为[0,600]
* @param rowStart：起点的行号
* @param colStart：起点的列号
* @param rowEnd：终点的行号
* @param colEnd：终点的列号
* @return lights[rowStart][colStart] 与 lights[rowEnd][colEnd] 两个街口之间的最短通行时间
*/
static int calcTime(int[][] lights, int timePreRoad, int rowStart, int colStart, int rowEnd, int colEnd) {
int startNum = toNumber(rowStart, colStart, lights);
int count = lights.length * lights.length;
//非访问节点到源点的时间
int[][] minDist = new int[count + 1][4];
for (int[] ints : minDist) {
Arrays.fill(ints, Integer.MAX_VALUE);
}
minDist[startNum][0] = 0;
minDist[startNum][1] = 0;
minDist[startNum][2] = 0;
minDist[startNum][3] = 0;
// 是否访问
boolean[][] visited = new boolean[count + 1][4];
// [isFirst, number, dir, dist]
PriorityQueue<Integer[]> queue = new PriorityQueue<>(Comparator.comparingInt(t0 -> t0[3]));
queue.offer(new Integer[] {1, startNum, 0, 0});
while (!queue.isEmpty()) {
//- 第一步，选源点到哪个节点近且该节点未被访问过
Integer[] curNode = queue.poll();
boolean isFirst = curNode[0] == 1;
int curNumber = curNode[1];
int curDir = curNode[2];
if (visited[curNumber][curDir]) {
continue;
}
//- 第二步，该最近节点被标记访问过
visited[curNumber][curDir] = true;
int[] ints = toXY(curNumber, lights);
int curRow = ints[0];
int curCol = ints[1];
//- 第三步，更新非访问节点到源点的距离（即更新minDist数组）
for (int j = 0; j < dir.length; j++) {
// 不能去 来的方向
if (!isFirst && oppositeDir(j) == curDir) {
continue;
}
int nextX = curRow + dir[j][0];
int nextY = curCol + dir[j][1];
if (!legalXY(nextX, nextY, lights)) {
continue;
}
int nextNumber = toNumber(nextX, nextY, lights);
if (visited[nextNumber][j]) {
continue;
}
int wait = 0;
if (!isFirst) {
wait = calcWaitTime(lights, curDir, curRow, curCol, j);
}
int needTime = wait + timePreRoad;
if (needTime + minDist[curNumber][curDir] < minDist[nextNumber][j]) {
minDist[nextNumber][j] = needTime + minDist[curNumber][curDir];
// [isFirst, number, dir, dist]
queue.offer(new Integer[] {0, nextNumber, j, minDist[nextNumber][j]});
}
}
}
int endNumber = toNumber(rowEnd, colEnd, lights);
int dist = Integer.MAX_VALUE;
for (int i = 0; i < 4; i++) {
int d = minDist[endNumber][i];
if (d < dist) {
dist = d;
}
}
return dist;
}
// 结算等待时间
public static int calcWaitTime(int[][] lights, int dirFlag, int x, int y, int nextDirFlag) {
// 右转判断
if ((nextDirFlag + 1) % 4 == dirFlag) {
return 0;
} else {
return lights[x][y];
}
}
// 反方向计算
public static int oppositeDir(int dir) {
return (dir + 2) % 4;
}
// 坐标转编号
public static int toNumber(int x, int y, int[][] lights) {
return x * lights.length + y;
}
// 编号转坐标
public static int[] toXY(int number, int[][] lights) {
int curCol = number % lights.length;
int curRow = number / lights.length;
return new int[] {curRow, curCol};
}
// 合法坐标
public static boolean legalXY(int x, int y, int[][] lights) {
return x >= 0 && x < lights.length && y >= 0 && y < lights[0].length;
}
}