快捷導(dǎo)航

Java超詳細精講數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之bfs與雙端隊列

更新時間：2022年07月21日 15:20:59 作者：撩得Android一次心動

廣搜BFS的基本思想是: 首先訪問初始點v并將其標志為已經(jīng)訪問。接著通過鄰接關(guān)系將鄰接點入隊。然后每訪問過一個頂點則出隊。按照順序,訪問每一個頂點的所有未被訪問過的頂點直到所有的頂點均被訪問過。廣度優(yōu)先遍歷類似與層次遍歷

一.bfs

bfs（廣度優(yōu)先搜索），類似二叉樹的層序遍歷，利用隊列完成。一般用于求最短路。

圖的最短路問題：

給定一個無向圖，每條邊的長度都是1。求1號點到x號點的最短距離。頂點數(shù)n 邊數(shù)為m

q次詢問輸入x 輸出1到x的最短距離。若1號點到x不連通，則輸出-1

二.雙端隊列

雙端隊列的應(yīng)用（區(qū)間翻轉(zhuǎn)）：

對于長度為n的數(shù)組，給定一個長度為m的區(qū)間，區(qū)間初始位置為a[1]到a[m]。

3種操作：

區(qū)間右移（最右端不會超過a[n]）
區(qū)間左移（最左端不會超過a[n]）
區(qū)間內(nèi)所有數(shù)翻轉(zhuǎn)。

q次操作后請你還原數(shù)組。

三.算法題

1.kotori和迷宮

難度??

知識點：bfs

首先找到k字母，然后從k字母位置開始bfs。bfs過程中即可得到k到每個e的最短路程。（要注意走過的e不可繼續(xù)往下走）

題目描述：

kotori在一個n*m迷宮里，迷宮的最外層被巖漿淹沒，無法涉足，迷宮內(nèi)有k個出口。kotori只能上下左右四個方向移動。她想知道有多少出口是她能到達的，最近的出口離她有多遠？

輸入描述:

第一行為兩個整數(shù)n和m，代表迷宮的行和列數(shù) (1≤n,m≤30)

后面緊跟著n行長度為m的字符串來描述迷宮。'k'代表kotori開始的位置，'.'代表道路，'*'代表墻壁，'e'代表出口。保證輸入合法。

輸出描述:

若有出口可以抵達，則輸出2個整數(shù)，第一個代表kotori可選擇的出口的數(shù)量，第二個代表kotori到最近的出口的步數(shù)。（注意，kotori到達出口一定會離開迷宮）

若沒有出口可以抵達，則輸出-1。

示例1

輸入

6 8
e.*.*e.*
.**.*.*e
..*k**..
***.*.e*
.**.*.**
*......e

輸出

2 7

說明

可供選擇坐標為[4,7]和[6,8]，到kotori的距離分別是8和7步。

import java.util.*;
import java.io.*;
public class Main{
  public static void main(String[] args) throws IOException{
    BufferedReader bf = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    String[] s1 = bf.readLine().split(" ");
    int n = Integer.parseInt(s1[0]);
    int m = Integer.parseInt(s1[1]);
    //建立地圖、標記圖
    char[][] maze = new char[n][m];
    boolean[][] visited = new boolean[n][m];
    //紀錄步數(shù)
    int[][] dis = new int[n][m];
    //紀錄初始的坐標
    int ki = 0, kj = 0;
    for(int i = 0; i < n; i++){
      String s = bf.readLine();
      for(int j = 0; j < m; j++){
         dis[i][j] = Integer.MAX_VALUE;
         char c = s.charAt(j);
         maze[i][j] = c;
         if(c == 'k'){
          ki = i;
          kj = j;
        }
      }
    }
    int count = 0, min = Integer.MAX_VALUE;
    Queue<Integer> queue = new ArrayDeque<>();
    //二維數(shù)組的性質(zhì)，保存了坐標，并且節(jié)省了空間
    queue.add(ki * m + kj);
    visited[ki][kj] = true;
    dis[ki][kj]= 0;
    while(!queue.isEmpty()){
      int temp = queue.poll();
      int tempi = temp / m, tempj = temp % m;
      //支持八個方向的移動或者不移動（但是因為Math.abs(i - j) == 1限定了絕對值為1，所以變成了四個方向）
      for(int i = -1; i <= 1; i++){
        for(int j = -1; j <= 1; j++){
          if(Math.abs(i - j) == 1 && tempi + i >= 0 && tempi + i < n && tempj + j >= 0 && tempj + j < m && !visited[tempi + i][tempj + j]){
            if(maze[tempi + i][tempj + j] == '.'){
              visited[tempi + i][tempj + j] = true;
              dis[tempi + i][tempj + j] = dis[tempi][tempj] + 1;
              queue.add((tempi + i) * m + (tempj + j));
            }
            if(maze[tempi + i][tempj + j] == 'e'){
              visited[tempi + i][tempj + j] = true;
              dis[tempi + i][tempj + j] = dis[tempi][tempj] + 1;
              min = Math.min(min, dis[tempi][tempj] + 1);
              count++;
            }
          }
        }
      } 
    }
    if(count == 0) System.out.print(-1);
    else System.out.print(count + " " + min);
  }
}

思考：隊列是怎么實現(xiàn)bfs的？

1.起始點入隊-->2.將起始點四個方向的可達點入隊-->3.起始點出隊。以此循序依次訪問隊列中的元素。

2.小紅找紅點

難度???

知識點：bfs，多源最短路

多源最短路的求法：在bfs開始之前將所有點都扔進隊列，然后開始bfs即可。

題目描述：

小紅拿到了一張無向圖，有 n個頂點和m條邊。每條邊的長度為 1 。

小紅給一些頂點染成了紅色。她想知道，對于每個頂點，到附近最近的紅色點的距離為多少？

輸入描述:

第一行輸出兩個正整數(shù) n 和 m ，用空格隔開。分別代表頂點數(shù)和邊數(shù)。

第二行輸入一個長度為 n 的字符串，代表每個頂點的染色情況。第i 個字符為 'R' 代表被染成紅色，為 'W' 代表未被染色。

接下來的m 行，每行兩個正整數(shù) x 和y ，代表x 和y 有一條無向邊相連。

不保證圖是整體連通的。不保證沒有重邊和自環(huán)。

1<=n,m<=10^5

輸出描述:

輸出一行 n 個整數(shù)，代表從1 到 n 每個頂點到最近的紅色頂點的距離。若對于某點而言無論如何都走不到紅色頂點，則輸出 -1 。

示例1:

輸入

5 5
RWWRW
1 2
3 3
1 2
2 5
1 4

輸出

0 1 -1 0 2

說明

樣例的圖如上所示。

import java.util.*;
import java.io.*;
public class Main{
    static ArrayList<Integer>[] g;
    static String[] strings;
    static int[] visited;
    static int[] dis;
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        String[] firstLine = br.readLine().split(" ");
        int n = Integer.parseInt(firstLine[0]);
        int m = Integer.parseInt(firstLine[1]);
        g = new ArrayList[n+1];
        visited = new int[n+1];
        dis= new int[n+1];
        for (int i=1;i<n+1;i++) {
            g[i] = new ArrayList<Integer>();
        }
        //一個字符一個字符的讀取
        strings = br.readLine().split("");
        for (int i=0;i<m;i++) {
            //描繪雙向圖
            String[] temp = br.readLine().split(" ");
            int x = Integer.parseInt(temp[0]);
            int y = Integer.parseInt(temp[1]);
            g[x].add(y);
            g[y].add(x);
        }
        //g[x]代表當(dāng)前點 g[x].get(i)代表所連的線
        Queue<Integer> queue = new ArrayDeque<>();
        for(int i=1;i<=n;i++){
            if(strings[i-1].equals("R")){
                queue.add(i);
                visited[i]=1;
            }
        }
        while(!queue.isEmpty()){
            int temp=queue.remove();
            for(int i=0;i<g[temp].size();i++){
                if(visited[g[temp].get(i)]==0){
                    visited[g[temp].get(i)]=1;
                    dis[g[temp].get(i)]=dis[temp]+1;
                    queue.add(g[temp].get(i));
                }
            }
        }
        for(int i=1;i<=n;i++){
            if(visited[i]==0)System.out.print("-1 ");
            else System.out.print(dis[i]+" ");
        }
    }
}

對照上一章的案例：小紅點點點結(jié)合理解。分別使用的dfs和bfs。

本題思想：先將紅色的所有點都入隊列，然后bfs。

這是一種逆向思維：不是所謂的從編號開始，并且所有走過的都不能在走了。

3.小紅玩數(shù)組

難度????

知識點：雙端隊列

用一個雙端隊列來模擬過程，用一個變量來標記雙端隊列是否翻轉(zhuǎn)過。

示例1：

輸入

6 4
1 5 4 6 2 8
5
21323

輸出

4 6 2 1 5 8

import java.io.*;
import java.util.*;
public class Main{
    static Deque<Integer> workQueue;
    public static void main(String[] args)throws IOException{
        BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        PrintWriter pw=new PrintWriter(System.out);
        String[] firstLine=br.readLine().split(" ");
        int total=Integer.parseInt(firstLine[0]);
        int size=Integer.parseInt(firstLine[1]);
        int[] arr=new int[total];
        String[] secondLine=br.readLine().split(" ");
        for(int i=0;i<total;i++){
            arr[i]=Integer.parseInt(secondLine[i]);
        }
        int L=0;
        int R=size-1;
        workQueue=new LinkedList<>();
        for(int i=0;i<size;i++){
            workQueue.offerLast(arr[i]);
        }
        int times=Integer.parseInt(br.readLine());
        String tries=br.readLine();
        int is=0;//0代表沒有翻轉(zhuǎn)！
        for(int i=0;i<times;i++){
            if(tries.charAt(i)=='1'){
                if(R==arr.length-1)
                    continue;
                R++;
                if(is==0){
                    workQueue.offerLast(arr[R]);
                    int tmp=workQueue.pollFirst();
                    arr[L]=tmp;
                }else{
                    workQueue.offerFirst(arr[R]);
                    int tmp=workQueue.pollLast();
                    arr[L]=tmp;
                }
                L++;
            }else if(tries.charAt(i)=='2'){
                if(L==0)
                    continue;
                L--;
                if(is==0){
                    workQueue.offerFirst(arr[L]);
                    arr[R]=workQueue.pollLast();
                }else{
                    workQueue.offerLast(arr[L]);
                    arr[R]=workQueue.pollFirst();
                }
                R--;
            }else{
                is=1-is;
            }
        }
        for(int i=0;i<L;i++){
            pw.print(arr[i]+" ");
        }
        if(is==0){
            while(!workQueue.isEmpty()) {
                pw.print(workQueue.pollFirst() + " ");
            }
        }else{
            while(!workQueue.isEmpty()) {
                pw.print(workQueue.pollLast() + " ");
            }
        }
        for(int i=R+1;i<arr.length;i++){
            pw.print(arr[i]+" ");
        }
        pw.flush();
    }
}

到此這篇關(guān)于Java超詳細精講數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之bfs與雙端隊列的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java bfs與雙端隊列內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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