图论专题(十三):“边界”的救赎——逆向思维解救「被围绕的区域」

哈喽各位,我是前端小L。

欢迎来到我们的图论专题第十三篇!在网格图论中,有一类经典问题总是围绕着"包围 "与"逃离"展开。

在这道题中,我们面临着一场"围棋"般的局势。棋盘上布满了 X 和 O。规则是:任何被 X 完全包围 (无法到达边界)的 O,都会被"吃掉"(变成 X)。而那些连接着边界 的 O,则能"逃过一劫"。

我们的任务,就是根据这个规则,更新整个棋盘的状态。

力扣 130. 被围绕的区域

https://leetcode.cn/problems/surrounded-regions/

题目分析:

  • 输入 :一个 m x n 的矩阵 board,包含 'X' 和 'O'。

  • 规则:

    • 被围绕的区间 :不会连接到边界的 'O' 区域。

    • 操作 :将被围绕的 'O' 替换为 'X'。

  • 核心推论:

    • 任何在边界上 的 'O',一定不会被包围。

    • 任何与边界上的 'O' 相连 的内部 'O',也一定不会被包围(它们有一条通往边界的"生路")。

    • 只有 那些孤立在内部,切断了与边界所有联系的 'O',才会被"吃掉"。

思路:"逆向思维"------先救人,再清理

如果我们直接遍历内部的 'O',然后试图通过 DFS/BFS 判断它是否连接边界,这会非常麻烦(每次都要搜索一遍)。

"Aha!"时刻: 与其费力去寻找"必死"的 O,不如先找出所有"幸存 "的 O! 所有的"幸存者",都有一个共同点:它们的"根"都在边界上。

算法流程 (三步走):

  1. "救援行动" (边界感染):

    • 遍历棋盘的四条边界。

    • 只要发现一个 'O',它就是"幸存者"的入口。

    • 启动一次 DFS/BFS ,顺藤摸瓜,找到所有与它相连的 'O'。

    • 将这些"幸存"的 'O' 暂时标记 为一个特殊字符,比如 '#' (代表 "Safe")。

  2. "清理战场" (全局扫描):

    • 遍历整个棋盘。

    • if (board[r][c] == 'O'):说明这个 'O' 既不在边界,也没连通到边界(否则它早就在第一步被标记成 '#' 了)。它就是"必死"的,把它改成 'X'。

    • if (board[r][c] == '#'):说明这是刚才被我们"救援"下来的幸存者。把它还原回 'O'。

  3. 任务完成!

代码实现 (DFS)

这个逻辑和 LC 1254 如出一辙,只是最后多了一步"还原/修改"的操作。

C++

复制代码
#include <vector>

using namespace std;

class Solution {
private:
    // "救援队":DFS 函数
    // 任务:从 (r, c) 出发,标记所有相连的 'O' 为 '#' (Safe)
    void dfs_save(vector<vector<char>>& board, int r, int c) {
        int m = board.size();
        int n = board[0].size();

        // 1. Base Case
        // 越界,或者不是 'O' (可能是 'X' 或已经被标记为 '#')
        if (r < 0 || r >= m || c < 0 || c >= n || board[r][c] != 'O') {
            return;
        }

        // 2. "标记" (救援)
        board[r][c] = '#';

        // 3. 递归探索邻居
        dfs_save(board, r + 1, c);
        dfs_save(board, r - 1, c);
        dfs_save(board, r, c + 1);
        dfs_save(board, r, c - 1);
    }

public:
    void solve(vector<vector<char>>& board) {
        if (board.empty() || board[0].empty()) {
            return;
        }

        int m = board.size();
        int n = board[0].size();

        // --- 第一步:"救援行动" (从边界出发) ---
        
        // 遍历左、右边界
        for (int r = 0; r < m; ++r) {
            if (board[r][0] == 'O') dfs_save(board, r, 0);
            if (board[r][n - 1] == 'O') dfs_save(board, r, n - 1);
        }
        
        // 遍历上、下边界
        for (int c = 0; c < n; ++c) {
            if (board[0][c] == 'O') dfs_save(board, 0, c);
            if (board[m - 1][c] == 'O') dfs_save(board, m - 1, c);
        }

        // --- 第二步:"清理战场" (替换字符) ---
        for (int r = 0; r < m; ++r) {
            for (int c = 0; c < n; ++c) {
                if (board[r][c] == 'O') {
                    // 没被救援的 O,变成 X
                    board[r][c] = 'X';
                } else if (board[r][c] == '#') {
                    // 被救援的 #,还原为 O
                    board[r][c] = 'O';
                }
            }
        }
    }
};

深度复杂度分析

  • 时间复杂度 O(m * n):

    • "救援"阶段:最坏情况下(全都是O),DFS 会访问每个格子一次。

    • "清理"阶段:我们遍历了整个网格一次。

    • 总时间 O(m*n)。

  • 空间复杂度 O(m * n):

    • 我们是"原地修改",不需要 visited 数组。

    • 空间开销来自 DFS 的递归栈 。在最坏情况下("蛇形"全O),递归深度可达 m * n。

总结

今天这道题,再次强化了图论中处理"边界问题"的黄金法则:

从边界出发!

这种"从边缘向中心"渗透的逆向思维,是解决所有"被包围"、"封闭区域"、"边缘流出"等问题的核心。

  • LC 1254 (统计封闭岛屿):从边界出发,把连通的陆地"淹没",剩下的就是封闭的。

  • LC 130 (被围绕的区域) :从边界出发,把连通的 O "标记",剩下的 O 就是被包围的。

掌握了这个模板,你对网格图论的理解就又深了一层。在下一篇中,我们将遇到这个模型的"双重叠加"版本------当我们要同时考虑"太平洋"和"大西洋"两个边界时,该怎么办?

下期见!

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