算法日记 42 day 图论

今天来看看广度优先搜索,并且写几个题。刷到这里我才想起来,当时第一次面试的时候问的就是这个题,当时大概知道一点思路,但不清楚是图论方面的,更别说写出来了。

广度优先搜索(BFS)

不同于深度优先,广度优先讲究的是先遍历完一层,在遍历下一层,就这转圈圈,直到遍历完所有。就像这样

那么对于广搜的写法来说,不管是队列,栈,或者数组都可以。不过方便遍历,大多使用的是队列,接下来的题目我也使用队列。

那么广搜的代码大概什么样子呢?

cpp 复制代码
int dir[4][2] = {0, 1, 1, 0, -1, 0, 0, -1}; // 表示四个方向
// grid 是地图,也就是一个二维数组
// visited标记访问过的节点,不要重复访问
// x,y 表示开始搜索节点的下标
void bfs(vector<vector<char>>& grid, vector<vector<bool>>& visited, int x, int y) {
    queue<pair<int, int>> que; // 定义队列
    que.push({x, y}); // 起始节点加入队列
    visited[x][y] = true; // 只要加入队列,立刻标记为访问过的节点
    while(!que.empty()) { // 开始遍历队列里的元素
        pair<int ,int> cur = que.front(); que.pop(); // 从队列取元素
        int curx = cur.first;
        int cury = cur.second; // 当前节点坐标
        for (int i = 0; i < 4; i++) { // 开始想当前节点的四个方向左右上下去遍历
            int nextx = curx + dir[i][0];
            int nexty = cury + dir[i][1]; // 获取周边四个方向的坐标
            if (nextx < 0 || nextx >= grid.size() || nexty < 0 || nexty >= grid[0].size()) continue;  // 坐标越界了,直接跳过
            if (!visited[nextx][nexty]) { // 如果节点没被访问过
                que.push({nextx, nexty});  // 队列添加该节点为下一轮要遍历的节点
                visited[nextx][nexty] = true; // 只要加入队列立刻标记,避免重复访问
            }
        }
    }

}

接下来的题目中,我们都会使用到。

题目:岛屿数量

99. 岛屿数量 (kamacoder.com)

给定一个由 1(陆地)和 0(水)组成的矩阵,你需要计算岛屿的数量。岛屿由水平方向或垂直方向上相邻的陆地连接而成,并且四周都是水域。你可以假设矩阵外均被水包围。

输入描述

第一行包含两个整数 N, M,表示矩阵的行数和列数。

后续 N 行,每行包含 M 个数字,数字为 1 或者 0。

输出描述

输出一个整数,表示岛屿的数量。如果不存在岛屿,则输出 0。

题目分析:

很明显的搜索题,我们分别看看广度和深度的写法。不过对于深搜而言,有两种不同的写法,区别在于终止条件的写法,一个写在递归之前,一个写在循环遍历里面。

深搜第一种:

cpp 复制代码
#include<iostream>
#include<vector>
 
using namespace std;
 
int dir[4][2] = {0, 1, 1, 0, -1, 0, 0, -1}; // 四个方向
 
void DFS(const vector<vector<int>>& grid,vector<vector<bool>>& visite,int x,int y){
    if(visite[x][y]||grid[x][y]==0) return;//节点访问过或者是海洋区域
     
    visite[x][y]=true;
    for(int i=0;i<4;i++){
        int nextx = x + dir[i][0];
        int nexty = y + dir[i][1];
        if (nextx < 0 || nextx >= grid.size() || nexty < 0 || nexty >= grid[0].size()) continue;  // 越界了,直接跳过
        DFS(grid, visite, nextx, nexty);
    }
}
 
 
int main(){
    int n,m;
    cin>>n>>m;
     
    vector<vector<int>> grid(n,vector<int>(m,0));
     
    for(int i=0;i<n;i++){
        for(int j=0;j<m;j++){
            cin>>grid[i][j];
        }
    }
     
    vector<vector<bool>> visite(n,vector<bool>(m,false));//标记数组
     
    int res=0;
    for(int i=0;i<n;i++){
        for(int j=0;j<m;j++){
            if(!visite[i][j]&&grid[i][j]==1)//当前 节点没有访问过,并且是陆地
            {
                res++;
                DFS(grid,visite,i,j);
            }
        }
    }
     
    cout<<res<<endl;
}

深搜第二种:

cpp 复制代码
#include<iostream>
#include<vector>
 
using namespace std;
 
int dir[4][2] = {0, 1, 1, 0, -1, 0, 0, -1}; // 四个方向
 
void DFS(const vector<vector<int>>& grid,vector<vector<bool>>& visite,int x,int y){
    for(int i=0;i<4;i++){
        int nextx = x + dir[i][0];
        int nexty = y + dir[i][1];
        if(nextx<0||nextx>=grid.size()||nexty<0||nexty>=grid[0].size()) continue;
         
        if(!visite[nextx][nexty]&&grid[nextx][nexty]==1){
            visite[nextx][nexty]=true;
            DFS(grid,visite,nextx,nexty);
        }
    }
}
 
 
int main(){
    int n,m;
    cin>>n>>m;
     
    vector<vector<int>> grid(n,vector<int>(m,0));
     
    for(int i=0;i<n;i++){
        for(int j=0;j<m;j++){
            cin>>grid[i][j];
        }
    }
     
    vector<vector<bool>> visite(n,vector<bool>(m,false));//标记数组
     
    int res=0;
    for(int i=0;i<n;i++){
        for(int j=0;j<m;j++){
            if(!visite[i][j]&&grid[i][j]==1)//当前 节点没有访问过,并且是陆地
            {
                visite[i][j]=true;
                res++;
                DFS(grid,visite,i,j);
            }
        }
    }
     
    cout<<res<<endl;
}

广搜:

cpp 复制代码
#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
using namespace std;
 
int dir[4][2] = {0, 1, 1, 0, -1, 0, 0, -1}; // 四个方向
void bfs(const vector<vector<int>>& grid, vector<vector<bool>>& visited, int x, int y) {
    queue<pair<int, int>> que; //你也可以单纯的使用队列,不过出队和入队时需要进行两次
    que.push({x, y});
    visited[x][y] = true; // 只要加入队列,立刻标记
    while(!que.empty()) {
        pair<int ,int> cur = que.front(); que.pop();
        int curx = cur.first;
        int cury = cur.second;
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            int nextx = curx + dir[i][0];
            int nexty = cury + dir[i][1];
            if (nextx < 0 || nextx >= grid.size() || nexty < 0 || nexty >= grid[0].size()) continue;  // 越界了,直接跳过
            if (!visited[nextx][nexty] && grid[nextx][nexty] == 1) {
                que.push({nextx, nexty});
                visited[nextx][nexty] = true; // 只要加入队列立刻标记
            }
        }
    }
}
 
int main() {
    int n, m;
    cin >> n >> m;
    vector<vector<int>> grid(n, vector<int>(m, 0));
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < m; j++) {
            cin >> grid[i][j];
        }
    }
 
    vector<vector<bool>> visited(n, vector<bool>(m, false));
 
    int result = 0;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < m; j++) {
            if (!visited[i][j] && grid[i][j] == 1) {
                result++; // 遇到没访问过的陆地,+1
                bfs(grid, visited, i, j); // 将与其链接的陆地都标记上 true
            }
        }
    }
        cout << result << endl;
}

题目:岛屿的最大面积

100. 岛屿的最大面积 (kamacoder.com)

题目描述

给定一个由 1(陆地)和 0(水)组成的矩阵,计算岛屿的最大面积。岛屿面积的计算方式为组成岛屿的陆地的总数。岛屿由水平方向或垂直方向上相邻的陆地连接而成,并且四周都是水域。你可以假设矩阵外均被水包围。

输入描述

第一行包含两个整数 N, M,表示矩阵的行数和列数。后续 N 行,每行包含 M 个数字,数字为 1 或者 0,表示岛屿的单元格。

输出描述

输出一个整数,表示岛屿的最大面积。如果不存在岛屿,则输出 0。

题目分析:

和上一题一样,注意岛屿面积收集的位置即可

深搜第一种:

cpp 复制代码
#include<iostream>
#include<vector>
 
using namespace std;
 
int dir[4][2] = {0, 1, 1, 0, -1, 0, 0, -1}; // 四个方向//逆时针
 
int count;
void DFS(vector<vector<int>>& grid,vector<vector<bool>>& visited,int x,int y){
    for(int i=0;i<4;i++){
        int nextX=x+dir[i][0];
        int nextY=y+dir[i][1];
         
        if(nextX<0||nextX>=grid.size()||nextY<0||nextY>=grid[0].size()) continue;
         
        if(!visited[nextX][nextY]&&grid[nextX][nextY]==1){
            count++;
            visited[nextX][nextY]=true;
            DFS(grid,visited,nextX,nextY);
        }
    }
}
 
int main(){
    int n,m;
    cin>>n>>m;
    vector<vector<int>> grid(n,vector<int>(m,0));
     
    for(int i=0;i<n;i++){
        for(int j=0;j<m;j++){
            cin>>grid[i][j];
        }
    }
     
    vector<vector<bool>> visited(n,vector<bool>(m,false));
     
    int res=0;
    for(int i=0;i<n;i++){
        for(int j=0;j<m;j++){
            if(!visited[i][j]&&grid[i][j]==1){
                count=1;
                visited[i][j]=true;
                DFS(grid,visited,i,j);
                res=max(res,count);
            }
        }
    }
   cout <<  res<<endl;
}

深搜第二种:

cpp 复制代码
#include<iostream>
#include<vector>
 
using namespace std;
 
int dir[4][2]={0,1,1,0,-1,0,0,-1};
int count;
 
void DFS(vector<vector<int>>& grid,vector<vector<bool>>& visited,int x,int y){
    if(visited[x][y]||grid[x][y]==0) return;
     
    visited[x][y]=true;
    count++;
    for(int i=0;i<4;i++){
        int nextx=x+dir[i][0];
        int nexty=y+dir[i][1];
         
        if(nextx<0||nextx>=grid.size()||nexty<0||nexty>=grid[0].size()) continue;
        DFS(grid,visited,nextx,nexty);
    }
}
 
int main(){
    int n,m;
    cin>>n>>m;
    vector<vector<int>> grid(n,vector<int>(m,0));
      
    for(int i=0;i<n;i++){
        for(int j=0;j<m;j++){
            cin>>grid[i][j];
        }
    }
      
    vector<vector<bool>> visited(n,vector<bool>(m,false));
      
    int res=0;
    for(int i=0;i<n;i++){
        for(int j=0;j<m;j++){
            if(!visited[i][j]&&grid[i][j]==1){
                count=0;
                DFS(grid,visited,i,j);
                res=max(res,count);
            }
        }
    }
   cout <<  res<<endl;
}

广搜:

cpp 复制代码
#include<iostream>
#include<vector>
#include<queue>
 
using namespace std;
 
int dir[4][2]={0,1,1,0,-1,0,0,-1};
int count;
 
void BFS(vector<vector<int>>& grid,vector<vector<bool>>& visited,int x,int y){
    queue<pair<int,int>> que;
     
    que.push({x,y});
    visited[x][y]=true;
    count++;
     
    while(!que.empty()){
        pair<int,int> cur=que.front();
        que.pop();
        int curx=cur.first;
        int cury=cur.second;
        for(int i=0;i<4;i++){
            int nextx=curx+dir[i][0];
            int nexty=cury+dir[i][1];
            if(nextx<0||nextx>=grid.size()||nexty<0||nexty>=grid[0].size()) continue;
            if(!visited[nextx][nexty]&&grid[nextx][nexty]==1){
                que.push({nextx,nexty});
                count++;
                visited[nextx][nexty]=true;
            }
        }
    }
}
 
int main(){
    int n,m;
    cin>>n>>m;
    vector<vector<int>> grid(n,vector<int>(m,0));
      
    for(int i=0;i<n;i++){
        for(int j=0;j<m;j++){
            cin>>grid[i][j];
        }
    }
      
    vector<vector<bool>> visited(n,vector<bool>(m,false));
      
    int res=0;
    for(int i=0;i<n;i++){
        for(int j=0;j<m;j++){
            if(!visited[i][j]&&grid[i][j]==1){
                count=0;
                BFS(grid,visited,i,j);
                res=max(res,count);
            }
        }
    }
   cout <<  res<<endl;
}

对于更详细的解析与其他语言的代码块,可以去代码随想录上查看。

代码随想录 (programmercarl.com)

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