LEETCODE 1091. Shortest Path in Binary Matrix 解题思路分析

题目大意:

二进制矩阵中的最短路径

在一个 N × N 的方形网格中,每个单元格有两种状态:空(0)或者阻塞(1)。

一条从左上角到右下角、长度为 k 的畅通路径,由满足下述条件的单元格 C_1, C_2, ..., C_k 组成:

  1. 相邻单元格 C_i 和 C_{i+1} 在八个方向之一上连通(此时,C_i 和 C_{i+1} 不同且共享边或角)
  2. C_1 位于 (0, 0)(即,值为 grid[0][0]
  3. C_k 位于 (N-1, N-1)(即,值为 grid[N-1][N-1]
  4. 如果 C_i 位于 (r, c),则 grid[r][c] 为空(即,grid[r][c] == 0

返回这条从左上角到右下角的最短畅通路径的长度。如果不存在这样的路径,返回 -1 。

示例 1:

输入:[[0,1],[1,0]]
输出:2

示例 2:

输入:[[0,0,0],[1,1,0],[1,1,0]]
输出:4

提示:

  1. 1 <= grid.length == grid[0].length <= 100
  2. grid[i][j] 为 0 或 1

如果想查看本题目是哪家公司的面试题,请参考以下免费链接: https://leetcode.jp/problemdetail.php?id=1091

解题思路分析:

看到矩阵和最短距离的题目,我们应该养成下意识想到BFS的好习惯。本题也不例外。题目巴拉巴拉说了很多,其实就是想在矩阵上找到一条最短路径连接左上角和右下角。条件是保证这条路径上所有的点都是0。

之前的文章已经讲过很多bfs的题目,思路大同小异。这里再简单啰嗦一下bfs。首先我们选取一些特征一致的点作为起始目标,然后从这些目标开始向四周扩散一步,四周的点只要在数组边界之内并且其特征与初始特征不一致,我们就将其变为与起始点同一特征(染色)。同时将这些新染色的点作为起始再向四周扩散一步,执行相同操作,直到全部同化完成。

回到本题,与之前做过的题目稍有不同的是,bfs可扩散的范围不仅包括上下左右,还要包括左上,左下,右上和右下,总共8个方向。其实,如果我们搞懂了bfs的精髓,别说8个方向,就是8百个方向解法也不会变。

首先我们将左上角作为bfs起始点,开始向8个方向扩散,考虑到边界以及阻塞(1),实际可以扩散的方向可能要小于8。我们将符合条件的方向存储下来,作为下一步bfs的起始条件,继续扩散,直到触及到右下角为止。bfs的步数再加1即是结果(注意本题求的是路径长度,加一是为了包含起始位置)。

唯一需要注意的一个坑是,如果起始位置左上角的值是1,那么可以直接返回-1。

完整代码:

public int shortestPathBinaryMatrix(int[][] grid) {
    int length = grid.length; // 矩阵边长
    if(grid[0][0]==1){ // 如果左上角为1,直接返回-1
        return -1;
    }
    if(length==1){ // 如果变长为1,返回1
        return 1;
    }
    // 定义八个方向
    int[][] directions = new int[][]{{1,0},{-1,0},{0,1},{0,-1},{-1,-1},{-1,1},{1,-1},{1,1}};
    Queue<int[]> q = new LinkedList<>(); // bfs用的Queue
    q.offer(new int[]{0,0}); // 将左上角加入queue,作为bfs起始
    boolean visited[][] = new boolean[length][length];
    visited[0][0]=true; // 左上角标记为已访问状态,防止重复访问
    int res=1; // 定义结果
    while(q.size()>0){ // 开始bfs常规操作
        int size = q.size();
        while(size>0){
            size--;
            int[] point = q.poll();
            for(int[] direciton : directions){
                int row = point[0] + direciton[0], col = point[1] + direciton[1];
                // 如果扩散的点不越界,并没有被访问过,并且值不为1,则将此点加入Queue
                if(row>=0 && row < length && col>= 0 && col<length && grid[row][col]==0 && !visited[row][col] ){
                    // 找到右下角时,返回res
                    if(row == length-1 && col == grid.length-1){
                        return res+1;
                    }
                    visited[row][col] = true;
                    q.offer(new int[]{row, col});
                }
            }
        }
        res++;
    }
    return -1;
}

本解法用时20ms。

Runtime: 20 ms, faster than 72.42% of Java online submissions for Shortest Path in Binary Matrix.

Memory Usage: 46.9 MB, less than 100.00% of Java online submissions for Shortest Path in Binary Matrix.

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