logo

Шлях мінімальної вартості з дозволеними рухами вліво, вправо, знизу та вгору

Спробуйте на GfG Practice ' title=

Дано двовимірну сітку розмірів н*н де кожна клітинка представляє вартість проходження через цю клітинку, завдання полягає в тому, щоб знайти мінімальна вартість рухатися від вгорі ліворуч клітина до праворуч внизу клітина. З даної клітини ми можемо перейти 4 напрямки : вліво вправо вгору вниз.

Примітка: Передбачається, що негативні цикли витрат не існують у вхідній матриці.

деревоподібна карта

приклад:



введення: сітка = {{9 4 9 9}
{6 7 6 4}
{8 3 3 7}
{7 4 9 10}}
Вихід: 43
Пояснення: Шлях мінімальної вартості дорівнює 9 + 4 + 7 + 3 + 3 + 7 + 10.

Підхід:

Ідея полягає в тому, щоб використовувати Алгоритм Дейкстри щоб знайти шлях мінімальної вартості через сітку. Цей підхід розглядає сітку як графік, де кожна комірка є вузлом, а алгоритм динамічно досліджує найбільш економічно ефективний шлях до нижньої правої комірки, завжди спочатку розгортаючи шляхи з найменшою вартістю.

Покроковий підхід:

глобальна змінна в js
  1. Використовуйте min-heap, щоб завжди спочатку обробляти шлях з найменшою вартістю та вставляти в нього верхню ліву клітинку.
  2. Ініціалізуйте матрицю вартості максимальними значеннями, встановлюючи вартість початкової комірки на її значення сітки.
  3. Для кожної клітинки перевірте всі 4 сусідні клітинки
    1. Якщо шлях із нижчою вартістю знайдено, оновіть вартість комірки та перемістіть її до купи.
  4. Поверніть мінімальну вартість, щоб досягти нижньої правої комірки.

Нижче наведено реалізацію вищезазначеного підходу:

C++
// C++ program to find minimum Cost Path with  // Left Right Bottom and Up moves allowed #include    using namespace std; // Function to check if cell is valid. bool isValidCell(int i int j int n) {  return i>=0 && i<n && j>=0 && j<n; } int minimumCostPath(vector<vector<int>> &grid) {  int n = grid.size();    // Min heap to implement dijkstra  priority_queue<vector<int>   vector<vector<int>> greater<vector<int>>> pq;    // 2d grid to store minimum cost  // to reach every cell.  vector<vector<int>> cost(n vector<int>(n INT_MAX));  cost[0][0] = grid[0][0];    // Direction vector to move in 4 directions  vector<vector<int>> dir = {{-10} {10} {0-1} {01}};    pq.push({grid[0][0] 0 0});    while (!pq.empty()) {  vector<int> top = pq.top();  pq.pop();    int c = top[0] i = top[1] j = top[2];    // Check for all 4 neighbouring cells.  for (auto d: dir) {  int x = i + d[0];  int y = j + d[1];    // If cell is valid and cost to reach this cell   // from current cell is less  if (isValidCell(x y n) &&   cost[i][j]+grid[x][y]<cost[x][y]) {    // Update cost to reach this cell.  cost[x][y] = cost[i][j]+grid[x][y];    // Push the cell into heap.  pq.push({cost[x][y] x y});  }  }  }    // Return minimum cost to   // reach bottom right cell.  return cost[n-1][n-1]; } int main() {  vector<vector<int>> grid =   {{9499}{6764}{8337}{74910}};    cout << minimumCostPath(grid) << endl;    return 0; } 
Java
// Java program to find minimum Cost Path with  // Left Right Bottom and Up moves allowed import java.util.PriorityQueue; import java.util.Arrays; class GfG {  // Function to check if cell is valid.  static boolean isValidCell(int i int j int n) {  return i >= 0 && i < n && j >= 0 && j < n;  }  static int minimumCostPath(int[][] grid) {  int n = grid.length;    // Min heap to implement Dijkstra  PriorityQueue<int[]> pq =   new PriorityQueue<>((a b) -> Integer.compare(a[0] b[0]));    // 2D grid to store minimum cost  // to reach every cell.  int[][] cost = new int[n][n];  for (int[] row : cost) {  Arrays.fill(row Integer.MAX_VALUE);  }  cost[0][0] = grid[0][0];    // Direction vector to move in 4 directions  int[][] dir = {{-1 0} {1 0} {0 -1} {0 1}};    pq.offer(new int[]{grid[0][0] 0 0});    while (!pq.isEmpty()) {  int[] top = pq.poll();    int c = top[0] i = top[1] j = top[2];    // Check for all 4 neighbouring cells.  for (int[] d : dir) {  int x = i + d[0];  int y = j + d[1];    // If cell is valid and cost to reach this cell   // from current cell is less  if (isValidCell(x y n) && cost[i][j] + grid[x][y] < cost[x][y]) {    // Update cost to reach this cell.  cost[x][y] = cost[i][j] + grid[x][y];    // Push the cell into heap.  pq.offer(new int[]{cost[x][y] x y});  }  }  }    // Return minimum cost to   // reach bottom right cell.  return cost[n - 1][n - 1];  }  public static void main(String[] args) {  int[][] grid = {  {9 4 9 9}  {6 7 6 4}  {8 3 3 7}  {7 4 9 10}  };    System.out.println(minimumCostPath(grid));  } } 
Python
# Python program to find minimum Cost Path with  # Left Right Bottom and Up moves allowed import heapq # Function to check if cell is valid. def isValidCell(i j n): return i >= 0 and i < n and j >= 0 and j < n def minimumCostPath(grid): n = len(grid) # Min heap to implement Dijkstra pq = [] # 2D grid to store minimum cost # to reach every cell. cost = [[float('inf')] * n for _ in range(n)] cost[0][0] = grid[0][0] # Direction vector to move in 4 directions dir = [[-1 0] [1 0] [0 -1] [0 1]] heapq.heappush(pq [grid[0][0] 0 0]) while pq: c i j = heapq.heappop(pq) # Check for all 4 neighbouring cells. for d in dir: x y = i + d[0] j + d[1] # If cell is valid and cost to reach this cell  # from current cell is less if isValidCell(x y n) and cost[i][j] + grid[x][y] < cost[x][y]: # Update cost to reach this cell. cost[x][y] = cost[i][j] + grid[x][y] # Push the cell into heap. heapq.heappush(pq [cost[x][y] x y]) # Return minimum cost to  # reach bottom right cell. return cost[n - 1][n - 1] if __name__ == '__main__': grid = [ [9 4 9 9] [6 7 6 4] [8 3 3 7] [7 4 9 10] ] print(minimumCostPath(grid)) 
C#
// C# program to find minimum Cost Path with  // Left Right Bottom and Up moves allowed using System; using System.Collections.Generic; class GfG {  // Function to check if cell is valid.  static bool isValidCell(int i int j int n) {  return i >= 0 && i < n && j >= 0 && j < n;  }  static int minimumCostPath(int[][] grid) {  int n = grid.Length;    // Min heap to implement Dijkstra  var pq = new SortedSet<(int cost int x int y)>();    // 2D grid to store minimum cost  // to reach every cell.  int[][] cost = new int[n][];  for (int i = 0; i < n; i++) {  cost[i] = new int[n];  Array.Fill(cost[i] int.MaxValue);  }  cost[0][0] = grid[0][0];    // Direction vector to move in 4 directions  int[][] dir = { new int[] {-1 0} new int[] {1 0}   new int[] {0 -1} new int[] {0 1} };    pq.Add((grid[0][0] 0 0));    while (pq.Count > 0) {  var top = pq.Min;  pq.Remove(top);    int i = top.x j = top.y;    // Check for all 4 neighbouring cells.  foreach (var d in dir) {  int x = i + d[0];  int y = j + d[1];    // If cell is valid and cost to reach this cell   // from current cell is less  if (isValidCell(x y n) &&   cost[i][j] + grid[x][y] < cost[x][y]) {    // Update cost to reach this cell.  cost[x][y] = cost[i][j] + grid[x][y];    // Push the cell into heap.  pq.Add((cost[x][y] x y));  }  }  }    // Return minimum cost to   // reach bottom right cell.  return cost[n - 1][n - 1];  }  static void Main(string[] args) {  int[][] grid = new int[][] {  new int[] {9 4 9 9}  new int[] {6 7 6 4}  new int[] {8 3 3 7}  new int[] {7 4 9 10}  };    Console.WriteLine(minimumCostPath(grid));  } } 
JavaScript
// JavaScript program to find minimum Cost Path with // Left Right Bottom and Up moves allowed function comparator(a b) {  if (a[0] > b[0]) return -1;  if (a[0] < b[0]) return 1;  return 0; } class PriorityQueue {  constructor(compare) {  this.heap = [];  this.compare = compare;  }  enqueue(value) {  this.heap.push(value);  this.bubbleUp();  }  bubbleUp() {  let index = this.heap.length - 1;  while (index > 0) {  let element = this.heap[index]  parentIndex = Math.floor((index - 1) / 2)  parent = this.heap[parentIndex];  if (this.compare(element parent) < 0) break;  this.heap[index] = parent;  this.heap[parentIndex] = element;  index = parentIndex;  }  }  dequeue() {  let max = this.heap[0];  let end = this.heap.pop();  if (this.heap.length > 0) {  this.heap[0] = end;  this.sinkDown(0);  }  return max;  }  sinkDown(index) {  let left = 2 * index + 1  right = 2 * index + 2  largest = index;  if (  left < this.heap.length &&  this.compare(this.heap[left] this.heap[largest]) > 0  ) {  largest = left;  }  if (  right < this.heap.length &&  this.compare(this.heap[right] this.heap[largest]) > 0  ) {  largest = right;  }  if (largest !== index) {  [this.heap[largest] this.heap[index]] = [  this.heap[index]  this.heap[largest]  ];  this.sinkDown(largest);  }  }  isEmpty() {  return this.heap.length === 0;  } } // Function to check if cell is valid. function isValidCell(i j n) {  return i >= 0 && i < n && j >= 0 && j < n; } function minimumCostPath(grid) {  let n = grid.length;  // Min heap to implement Dijkstra  const pq = new PriorityQueue(comparator)  // 2D grid to store minimum cost  // to reach every cell.  let cost = Array.from({ length: n } () => Array(n).fill(Infinity));  cost[0][0] = grid[0][0];  // Direction vector to move in 4 directions  let dir = [[-1 0] [1 0] [0 -1] [0 1]];  pq.enqueue([grid[0][0] 0 0]);  while (!pq.isEmpty()) {  let [c i j] = pq.dequeue();  // Check for all 4 neighbouring cells.  for (let d of dir) {  let x = i + d[0];  let y = j + d[1];  // If cell is valid and cost to reach this cell  // from current cell is less  if (isValidCell(x y n) && cost[i][j] + grid[x][y] < cost[x][y]) {  // Update cost to reach this cell.  cost[x][y] = cost[i][j] + grid[x][y];  // Push the cell into heap.  pq.enqueue([cost[x][y] x y]);  }  }  }  // Return minimum cost to  // reach bottom right cell.  return cost[n - 1][n - 1]; } let grid = [  [9 4 9 9]  [6 7 6 4]  [8 3 3 7]  [7 4 9 10]  ]; console.log(minimumCostPath(grid)); 

Вихід
43 

Часова складність: O(n^2 log(n^2))
Допоміжний простір: O(n^2 log(n^2))

Чому не можна використовувати динамічне програмування?

Динамічне програмування тут зазнає невдачі, тому що дозвіл руху в усіх чотирьох напрямках створює цикли, у яких клітини можна переглянути, порушуючи припущення про оптимальну підструктуру. Це означає, що вартість досягнення комірки з даної комірки не є фіксованою, а залежить від усього шляху.

Схожі статті:

Шлях мінімальної вартості

Створіть вікторину