剑指Offer-12-矩阵中的路径

剑指Offer-12-矩阵中的路径

题目


题目描述

请设计一个函数,用来判断在 一个矩阵中是否存在一条包含某字符串所有字符的路径。路径可以从矩阵中的任意一格开始,每一步可以在矩阵中向左、右、上、下移动一格。如果一条路径经过了矩阵的某一格,那么该路径不能再次进入该格子。例如,在下面的3×4的矩阵中包含一条字符串“bfce”的路径(路径中的字母用加粗标出)。

[[“a”,”b”,”c”,”e”],
[“s”,”f”,”c”,”s”],
[“a”,”d”,”e”,”e”]]

但矩阵中不包含字符串“abfb”的路径,因为字符串的第一个字符b占据了矩阵中的第一行第二个格子之后,路径不能再次进入这个格子。

示例1

输入:board = [[“A”,”B”,”C”,”E”],[“S”,”F”,”C”,”S”],[“A”,”D”,”E”,”E”]], word = “ABCCED”
输出:true

示例2

输入:board = [[“a”,”b”],[“c”,”d”]], word = “abcd”
输出:false

题解


回溯算法

引用Krahets

矩阵搜索问题,使用 DFS+剪枝 解决。

深度优先搜索(DFS):递归遍历矩阵,先朝某个方向 搜索到底 ,再回溯到上个节点,沿另一个方向搜索。
剪枝:在搜索过程中遇到 该路径不可能与目标匹配 时,应立即返回,称为可行性剪枝。

  • 递归参数:i,j为矩阵行列索引,k为目标字符在word中的索引。
  • 终止条件:1)return False ; a)行列索引越界;b)当前矩阵元素与目标字符不同;2)return True ; 字符串已经全部匹配,即 k==len(word)-1
  • 递推过程:1)标记当前矩阵元素:将 board[i][j]值暂存tmp,并重新赋值为’’,标记其已被访问过;2)搜索下一单元格:分别对当前元素的上下左右四个方向进行DFS递归搜索;3)还原当前矩阵元素:若从矩阵左上角未搜索到word,将循环i,j进行后续搜索,故需还原矩阵元素。

时间复杂度:O($mn3^k$),遍历矩阵中k字符串所有方案,包含上下左右四个方向,舍弃回头方向,剩下三种选择,时间复杂度为O($3^k$);矩阵共有mn个初始点,时间复杂度为O(mn);
空间复杂度:O(mn),递归深度不超过k,最坏情况下k=mn。

class Solution:
def exist(self, board: List[List[str]], word: str) -> bool:
def dfs(i, j, k):
if not 0 <= i < len(board) or not 0 <= j < len(board[i]) or board[i][j] != word[k]:
return False
if k == len(word) - 1:
return True
tmp, board[i][j] = board[i][j], ''
flag = dfs(i+1, j, k+1) or dfs(i-1, j, k+1) or dfs(i, j+1, k+1) or dfs(i, j-1, k+1)
board[i][j] = tmp
return flag

for i in range(len(board)):
for j in range(len(board[i])):
if dfs(i, j, 0):
return True
return False

非递归DFS

引用东流,击败84.5% + 99.8%)

DFS用栈维护,BFS用队列维护。

class Solution:
def exist(self, board: List[List[str]], word: str) -> bool:
# 预处理
w_l = len(word)
if w_l < 1:
return True
rows = len(board)
cols = len(board[0])
# 标记数组
board_vis = [[0] * cols for i in range(rows)]
# 方向数组
dir_list = [[-1, 0], [0, 1], [1, 0],[0, -1]]
# 非递归DFS要用栈维护哦,先把所有头节点放进来,每个节点包括3个值(i,j,l),i和j是它的坐标,l是它在word中的下标
word_stack = []
for i in range(rows):
for j in range(cols):
if board[i][j] == word[0]:
word_stack.append((i, j, 0))
# 正式开始DFS咯
while len(word_stack) > 0:
# 获取头节点信息,先不要弹出
top = word_stack[-1]
tx = top[0]
ty = top[1]
tl = top[2]
# 访问这个节点,并开始深度遍历
board_vis[tx][ty] = 1
# 出口条件,如果word遍历完,返回True
if tl == w_l - 1:
return True
# flag记录是否能够继续深度遍历
flag = True
for di in dir_list:
next_x = tx + di[0]
next_y = ty + di[1]
# 深度遍历的条件
if next_x >= 0 and next_x < rows and next_y >= 0 and next_y < cols \
and board_vis[next_x][next_y] == 0 and board[next_x][next_y] == word[tl + 1]:
# 注意子节点与父节点的关系
word_stack.append((next_x, next_y, tl + 1))
flag = False
# 如果不能继续深度遍历,回溯,这个回溯有点复杂:需要一层一层往上回溯,回溯到有多个子节点的地方,类似于树的深度遍历
if flag:
while len(word_stack):
top = word_stack[-1]
if top[2] != tl:
break
tl -= 1
# 弹出,并标记取消
word_stack.pop()
board_vis[top[0]][top[1]] = 0
return False

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