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(python版)《剑指Offer》JZ65:矩阵中的路径
阅读量:4091 次
发布时间:2019-05-25

本文共 4842 字,大约阅读时间需要 16 分钟。

【题目描述】
给定一个 m x n 的 二维字符网格 board 和一个字符串单词 word
如果 word 存在于网格中,返回 true ;否则,返回 false 。

单词必须按照字母顺序,通过相邻的单元格内的字母构成,其中“相邻”单元格是那些水平相邻垂直相邻的单元格 (即上下左右)。同一个单元格内的字母不允许被重复使用。

例如,在下面的 3×4 的矩阵中包含单词 “ABCCED”(单词中的字母已标出)。

在这里插入图片描述

【解题思路】

本问题是典型的矩阵搜索问题,可使用 深度优先搜索(DFS)+ 剪枝 解决。

  • 深度优先搜索: 可以理解为暴力法遍历矩阵中所有字符串可能性。DFS通过递归,先朝一个方向搜到底,再回溯至上个节点,沿另一个方向搜索,以此类推。
  • 剪枝: 在搜索中,遇到 这条路不可能目标字符串匹配成功 的情况(例如:此矩阵元素和目标字符不同、此元素已被访问),则应立即返回,称之为 可行性剪枝 。
    【通俗一点就是:A的下元素不匹配,下路就没有走的必要了,没有往下搜索的必要了;A的上元素越界,上路就没有走的必要了;A的右元素匹配,可以继续走;A的左元素越界,左路就没有走的必要了】
    在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

【图表说明】

在这里插入图片描述

目标字符 word = "A B C C E D"的检测流程如下:
在这里插入图片描述
对于目标字符 word[0]=A,在board的二维循环中依次查找

board[0][0]=‘A’,进入DFS,board[0][0]=word[0]=A 匹配成功 开始递推工作:

  1. ① 令board[0][0]=A为空
    ② 开始搜索元素(下/上/右/左)
    下: 字符S不匹配B
    上: i=-1,i越界
    右:board[0][1]=word[1]=B 匹配成功
  2. ① 令board[0][1]=B为空
    ② 开始搜索元素
    下: 字符F不匹配C
    上: i=-1,i越界
    右: board[0][2]=word[2]=C,匹配成功
  3. ① 令board[0][2]=C为空
    ② 开始搜索元素
    下: board[1][2]=word[3]=C 匹配成功
  4. ① 令board[1][2]=C为空
    ② 开始搜索元素
    下: board[2][2]=word[4]=E 匹配成功
  5. ① 令board[2][2]=E为空
    ② 开始搜索元素(下/上/右/左)
    下: i=3,i越界
    上: 空字符’ '不匹配D
    右: 字符E不匹配D
    左: board[2][1]=word[5]=D 匹配成功
    ========= word匹配结束 =========
    .

开始回溯:

  • 左元素 board[2][1]=D 递归完毕 (这轮初始值为 E)return True
  • 下元素 board[2][2]=E 递归完毕(这轮初始值为 C)return True
  • 下元素 board[1][2]=C 递归完毕(这轮初始值为 C)return True
  • 右元素 board[0][2]=C 递归完毕(这轮初始值为 B)return True
  • 右元素 board[0][1]=B 递归完毕(这轮初始值为 A)return True

注:匹配成功返回的True,是在word最后一个字符匹配结束后回溯返回的(即青色背景的T 是在回溯过程中才画上的)

在这里插入图片描述

【源代码】

class Solution:    def exist(self, board: List[List[str]], word: str) -> bool:        def dfs(i, j, k):        	# 2.终止条件            if not 0 <= i < len(board) or not 0 <= j < len(board[0]) or board[i][j] != word[k]:             	return False            if k == len(word) - 1: 	# 匹配结束            	return True            # 3.递推工作            board[i][j] = ''            res = 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] = word[k]            return res		# 1.主函数        for i in range(len(board)):            for j in range(len(board[0])):                if dfs(i, j, 0): return True        return False'''作者:jyd链接:https://leetcode-cn.com/problems/ju-zhen-zhong-de-lu-jing-lcof/solution/mian-shi-ti-12-ju-zhen-zhong-de-lu-jing-shen-du-yo/'''

注:主函数为什么要设置双循环 遍历board所有字符? 为什么不能直接if dfs(0, 0, 0): return True

==> 因为不是每个目标字符word都是从board(0,0)开始,可能board(1,1)等

【打印版】

对回溯过程不太理解的,看这个应该比较清楚点

def exist(board, word):    def dfs(i, j, k):        # 2.终止条件        if not 0 <= i < len(board):             print('i=%d,i越界'%i)            return False        elif not 0 <= j < len(board[0]):            print('j=%d,j越界'%j)            return False        elif board[i][j] != word[k]:            print('字符%s不匹配%s'%(board[i][j],word[k]))            return False        # 所有中止条件都不满足,那么当前字符匹配成功        print('board[%d][%d]=word[%d]=%s'%(i,j,k,word[k]))        print('=== 匹配成功 ===')        # 最后一个字符        if k == len(word) - 1:            print('这是最后一个字符,word匹配结束')            return True                # 3.开始递推工作        # 标记当前矩阵元素        print('\n令board[%d][%d]=%s为空'%(i,j,board[i][j]))        board[i][j] = ''    # 将 board[i][j] 修改为 空字符'',代表此元素已访问过                # 搜索元素(下/上/右/左)        res = 1 # 初始化为1        # res = 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)        if dfs(i + 1, j, k + 1):            print('下元素board[%d][%d]=%s递归完毕'%(i+1,j,board[i+1][j]),end='\n')        elif dfs(i - 1, j, k + 1):            print('上元素board[%d][%d]=%s递归完毕'%(i-1,j,board[i-1][j]),end='\n')        elif dfs(i, j + 1, k + 1):            print('右元素board[%d][%d]=%s递归完毕'%(i,j+1,board[i][j+1]),end='\n')        elif dfs(i, j - 1, k + 1):            print('左元素board[%d][%d]=%s递归完毕'%(i,j-1,board[i][j-1]),end='\n')        else:   # 以上都没有就为0            res=0        board[i][j] = word[k]        print('这轮初始值为',board[i][j])        print('res =',res)        return res    # exist函数的主函数        # 1.递归参数    print('len(board)=',len(board))    print('len(board[0])=',len(board[0]))    for i in range(len(board)):        for j in range(len(board[0])):            print(i,'\t',j)            if dfs(i, j, 0):                return True    return Falseboard = [["A","B","C","E"],["S","F","C","S"],["A","D","E","E"]]word = "ABCCED"print(exist(board,word))
len(board)= 3len(board[0])= 40        0board[0][0]=word[0]=A=== 匹配成功 ===令board[0][0]=A为空字符S不匹配B				# 下i=-1,i越界				# 上board[0][1]=word[1]=B	# 右=== 匹配成功 ===			# A搜了3次令board[0][1]=B为空字符F不匹配C				# 下i=-1,i越界				# 上board[0][2]=word[2]=C	# 右=== 匹配成功 ===			# B搜了3次令board[0][2]=C为空		board[1][2]=word[3]=C	# 下=== 匹配成功 ===			# C搜了1次令board[1][2]=C为空board[2][2]=word[4]=E	# 下=== 匹配成功 ===			# C搜了1次令board[2][2]=E为空i=3,i越界				# 下字符不匹配D				# 上字符E不匹配D				# 右board[2][1]=word[5]=D	# 左=== 匹配成功 ===			# E搜了4次这是最后一个字符,word匹配结束左元素board[2][1]=D递归完毕这轮初始值为Eres = 1下元素board[2][2]=E递归完毕这轮初始值为Cres = 1下元素board[1][2]=C递归完毕这轮初始值为Cres = 1右元素board[0][2]=C递归完毕这轮初始值为Bres = 1右元素board[0][1]=B递归完毕这轮初始值为Ares = 1True

转载地址:http://mfjii.baihongyu.com/

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