优选算法专题16:多源BFS

多源BFS

目录

多源BFS

多元最短路问题

试题1:矩阵

算法原理

代码编写

试题2:飞地的数量

算法原理

代码编写

试题3:地图中的最高点

算法原理

代码编写

试题4:地图分析

算法原理

代码编写


多元最短路问题

利用BFS解决边权为1的多源最短路问题

解法一:暴力解法,将多源最短路问题转化为若干个单源最短路问题

解法二:把所有源点看成一个源点,转化为单一的单源最短路径问题

把所有的起点加入到队列,一层一层地往外进行扩展

试题1:矩阵

算法原理

解法一:一个位置一个位置求(O(N^3))

解法二:多元BFS + 正难则反

把所有的0当成起点,把所有的1当成终点

第一步:将所有的0坐标加入到队列

第二步:一层一层向外扩展

细节:

将distance初始化为-1,标记当前位置没有被搜索(类似:vis数组)

从distance中直接获取当前层数(类似:step,sz)

代码编写

cpp 复制代码
class Solution 
{
    int dx[4] = {0, 0, 1, -1};
    int dy[4] = {1, -1, 0, 0};
public:
    vector<vector<int>> updateMatrix(vector<vector<int>>& mat) 
    {
        int m = mat.size(), n = mat[0].size();

        // dist[i][j] == -1: 没有搜索过
        // dist[i][j] != -1: 最短距离
        vector<vector<int>> dist(m, vector<int>(n, -1));
        queue<pair<int, int>> q;

        // 1. 把所有源点加入队列
        for(int i = 0; i < m; i++)
        {
            for(int j = 0; j < n; j++)
            {
                if(mat[i][j] == 0)
                {
                    q.push({i, j});
                    dist[i][j] = 0;
                }
            }
        }

        // 2. 一层一层往外扩展
        while(q.size())
        {
            auto [a, b] = q.front();
            q.pop();
            for(int i = 0; i < 4; i++)
            {
                int x = a + dx[i];
                int y = b + dy[i];
                if(x >= 0 && x < m && y >= 0 && y < n && dist[x][y] == -1)
                {
                    dist[x][y] = dist[a][b] + 1;
                    q.push({x, y});
                }
            }
        }
        
        return dist;
    }
};

试题2:飞地的数量

算法原理

解法一:一个一个判断

解法二:正难则反

从边界上的1往内部搜索

代码编写

cpp 复制代码
class Solution 
{
    int dx[4] = {0, 0, 1, -1};
    int dy[4] = {1, -1, 0, 0};
public:
    int numEnclaves(vector<vector<int>>& grid) 
    {
        int m = grid.size(), n = grid[0].size();
        vector<vector<bool>> vis(m, vector<bool>(n));
        queue<pair<int, int>> q;
        
        // 1. 把边上的1加入到队列
        for(int i = 0; i < m; i++)
        {
            for(int j = 0; j < n; j++)
            {
                if(i == 0 || i == m - 1 || j == 0 || j == n - 1)
                {
                    if(grid[i][j] == 1)
                    {
                        q.push({i, j});
                        vis[i][j] = true;
                    }
                }
            }
        }

        // 2. 多源BFS
        while(q.size())
        {
            auto [a, b] = q.front();
            q.pop();
            for(int i = 0; i < 4; i++)
            {
                int x = a + dx[i];
                int y = b + dy[i];
                if(x >= 0 && x < m && y >= 0 && y < n && grid[x][y] == 1 && !vis[x][y])
                {
                    q.push({x, y});
                    vis[x][y] = true;
                }
            }
        }

        // 3. 统计结果
        int ret = 0;
        for(int i = 0; i < m; i++)
        {
            for(int j = 0; j < n; j++)
            {
                if(grid[i][j] == 1 && !vis[i][j])
                {
                    ret++;
                }
            }
        }
        return ret;
    }
};

试题3:地图中的最高点

算法原理

解法:多源BFS

代码编写

cpp 复制代码
class Solution 
{
    int dx[4] = {0, 0, 1, -1};
    int dy[4] = {1, -1, 0, 0};
public:
    vector<vector<int>> highestPeak(vector<vector<int>>& isWater) 
    {
        int m = isWater.size(), n = isWater[0].size();
        vector<vector<int>> dist(m, vector<int>(n, -1));
        queue<pair<int, int>> q;

        // 1. 把所有源点入队列
        for(int i = 0; i < m; i++)
        {
            for(int j = 0; j < n; j++)
            {
                if(isWater[i][j])
                {
                    dist[i][j] = 0;
                    q.push({i, j});
                }
            }
        }

        // 2. 多源BFS
        while(q.size())
        {
            auto [a, b] = q.front();
            q.pop();
            for(int i = 0; i < 4; i++)
            {
                int x = a + dx[i];
                int y = b + dy[i];
                if(x >= 0 && x < m && y >= 0 && y < n && dist[x][y] == -1)
                {
                    dist[x][y] = dist[a][b] + 1;
                    q.push({x, y});
                }
            }
        }

        return dist;
    }
};

试题4:地图分析

算法原理

代码编写

cpp 复制代码
class Solution 
{
    int dx[4] = {0, 0, 1, -1};
    int dy[4] = {1, -1, 0, 0};
public:
    int maxDistance(vector<vector<int>>& grid) 
    {
        int m = grid.size(), n = grid[0].size();
        vector<vector<int>> dist(m, vector<int>(n, -1));
        queue<pair<int, int>> q;

        // 1. 所有源点入队列
        for(int i = 0; i < m; i++)
        {
            for(int j = 0; j < n; j++)
            {
                if(grid[i][j])
                {
                    dist[i][j] = 0;
                    q.push({i, j});
                }
            }
        }

        // 2. 多源BFS
        int ret = -1;
        while(q.size())
        {
            auto [a, b] = q.front();
            q.pop();
            for(int i = 0; i < 4; i++)
            {
                int x = a + dx[i];
                int y = b + dy[i];
                if(x >= 0 && x < m && y >= 0 && y < n && dist[x][y] == -1)
                {
                    dist[x][y] = dist[a][b] + 1;
                    q.push({x, y});
                    ret = max(ret, dist[x][y]);
                }
            }
        }

        return ret;
    }
};
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