0864-获取所有钥匙的最短路径
给定一个二维网格 grid
,其中:
- ‘.’ 代表一个空房间
- ‘#’ 代表一堵墙
- ‘@’ 是起点
- 小写字母代表钥匙
- 大写字母代表锁
我们从起点开始出发,一次移动是指向四个基本方向之一行走一个单位空间。我们不能在网格外面行走,也无法穿过一堵墙。如果途经一个钥匙,我们就把它捡起来。除非我们手里有对应的钥匙,否则无法通过锁。
假设 k 为 钥匙/锁 的个数,且满足 1 <= k <= 6
,字母表中的前 k
个字母在网格中都有自己对应的一个小写和一个大写字母。换言之,每个锁有唯一对应的钥匙,每个钥匙也有唯一对应的锁。另外,代表钥匙和锁的字母互为大小写并按字母顺序排列。
返回获取所有钥匙所需要的移动的最少次数。如果无法获取所有钥匙,返回 -1
。
示例 1:
**输入:** grid = ["@.a.#","###.#","b.A.B"]
**输出:** 8
**解释:** 目标是获得所有钥匙,而不是打开所有锁。
示例 2:
**输入:** grid = ["@..aA","..B#.","....b"]
**输出:** 6
示例 3:
**输入:** grid = ["@Aa"]
**输出:** -1
提示:
m == grid.length
n == grid[i].length
1 <= m, n <= 30
grid[i][j]
只含有'.'
,'#'
,'@'
,'a'-``'f``'
以及'A'-'F'
- 钥匙的数目范围是
[1, 6]
- 每个钥匙都对应一个 不同 的字母
- 每个钥匙正好打开一个对应的锁
方法一:状态压缩 + 广度优先搜索
思路与算法
给定一个只包含空房间、墙、起点和终点的二维网格,我们可以使用广度优先搜索的方法求出起点到终点的最短路径。这是因为在最短路径上,我们最多只会经过每个房间一次。因此从起点开始,使用队列进行广度优先搜索,当第一个搜索到某个节点的时候,我们就可以得到从起点到该节点正确的最短路。
如果加上了钥匙和锁,我们应该如何解决问题呢?类似地,在最短路径上也不可能存在如下的情况:我们经过了某个房间两次,并且这两次我们拥有钥匙的情况是完全一致的。
因此,我们可以用一个三元组 (x, y, \textit{mask}) 表示当前的状态,其中 (x, y) 表示当前所处的位置,mask 是一个二进制数,长度恰好等于网格中钥匙的数目,mask 的第 i 个二进制位为 1,当且仅当我们已经获得了网格中的第 i 把钥匙。
这样一来,我们就可以使用上述的状态进行广度优先搜索。初始时,我们把 (\textit{sx}, \textit{sy}, 0) 加入队列,其中 (\textit{sx}, \textit{sy}) 为起点。在搜索的过程中,我们可以向上下左右四个方向进行扩展:
如果对应方向是空房间,那么 mask 的值不变;
如果对应方向是第 i 把钥匙,那么将 mask 的第 i 位置为 1;
如果对应方向是第 i 把锁,那么只有在 mask 的第 i 位为 1 时,才可以通过。
当我们搜索到一个 mask 每一个二进制都为 1 的状态时,说明获取了所有钥匙,此时就可以返回最短路作为答案。
代码
1 | class Solution { |
1 | class Solution { |
1 | public class Solution { |
1 | class Solution: |
1 |
|
1 | const dirs = [[-1, 0], [1, 0], [0, -1], [0, 1]]; |
1 | var dirs = []struct{ x, y int }{{-1, 0}, {1, 0}, {0, -1}, {0, 1}} |
复杂度分析
时间复杂度:O(mn \cdot 2^k),其中 m 和 n 是网格的行数和列数,k 是网格中钥匙的数量。
空间复杂度:O(mn \cdot 2^k)。