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455,DFS和BFS解被围绕的区域

 数据结构和算法 2023-06-10 发布于上海

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问题描述



给定一个二维的矩阵,包含'X''O'字母 O)。

找到所有被'X'围绕的区域,并将这些区域里所有的'O''X'填充。

示例:

X X X X

X O O X

X X O X

X O X X

运行你的函数后,矩阵变为:

X X X X

X X X X

X X X X

X O X X

解释:

被围绕的区间不会存在于边界上,换句话说,任何边界上的 'O' 都不会被填充为 'X'。任何不在边界上,或不与边界上的 'O' 相连的 'O' 最终都会被填充为 'X'。如果两个元素在水平或垂直方向相邻,则称它们是“相连”的。

DFS解决



这题说的是如果被X围绕的区域有O,就用X把这个区域内的O给替换掉。那么我们怎么判断O是被X包围的呢,直接判断可能不太好操作,我们可以换种思路。如果矩阵的四周都是X,那么矩阵中只要有O,肯定是被X包围的,这个很好理解,就像下面这样

如果矩阵的四周只要有一个是O,那么和这个O挨着(挨着仅指上下左右,斜对角不算)的O都不可能被X包围,比如下面这样

所以一种比较简单的判断方式就是查找这个矩阵的四周,查看有没有O,如果有O,说明他不能被X给包围,也就是不能被替换成X,我们先把他变为大写的A(其他值也可以,只要不是X和O就行),然后再遍历他的上下左右查看有没有O,如果有O,那么这个O也是不能被替换成X的,也要被标记为A……。

最后矩阵中最多会有3种状态,一种是X,一种是A,一种是O。

  • 如果是X不用动,

  • 如果是O,说明他是被X包围的,需要把它替换成X。

  • 如果是A说明是不能被X包围的,还要把它还原为O。

我们随便举个找个数据画个图看一下

弄懂了上面的过程,代码就容易多了

 1public void solve(char[][] board{
2    //边界条件判断
3    if (board == null || board.length == 0)
4        return;
5    for (int i = 0; i < board.length; i++) {
6        for (int j = 0; j < board[0].length; j++) {
7            //从矩阵的四周开始判断,也就是矩阵的4条边上有O的地方开始遍历
8            if (i == 0 || i == board.length - 1 || j == 0 || j == board[0].length - 1) {
9                if (board[i][j] == 'O')
10                    dfs(i, j, board);
11            }
12        }
13    }
14    //重新复原
15    for (int i = 0; i < board.length; i++) {
16        for (int j = 0; j < board[0].length; j++) {
17            //把矩阵中是'A'的还变为O,其他的都变成X
18            if (board[i][j] == 'A')
19                board[i][j] = 'O';
20            else
21                board[i][j] = 'X';
22        }
23    }
24    return;
25}
26
27private void dfs(int i, int j, char[][] board{
28    //边界条件判断,首先不能跑到矩阵的外边
29    if (i < 0 || i >= board.length || j < 0 || j >= board[0].length)
30        return;
31    //如果当前位置不是O,就不用再判断了
32    if (board[i][j] != 'O')
33        return;
34    //如果当前位置是O,先把他变为'A',然后往他的上下左右4个方向开始递归计算。
35    board[i][j] = 'A';
36    dfs(i - 1, j, board);//上
37    dfs(i + 1, j, board);//下
38    dfs(i, j - 1, board);//左
39    dfs(i, j + 1, board);//右
40}

BFS解决



DFS是沿着一个方向一直走下去,BFS是先遍历四周的,然后再往外扩散,如下图所示

原理还是一样的,从矩阵的四周开始,找到一个O之后,把它变为A,然后把他的四周在遍历一遍,如果有O就加入到队列中,然后继续遍历队列中的元素……

 1public void solve(char[][] board) {
2    //边界条件判断
3    if (board == null || board.length == 0)
4        return;
5    int rows = board.length, columns = board[0].length;
6    for (int i = 0; i < rows; i++)
7        for (int j = 0; j < columns; j++) {
8            //从矩阵的四周开始判断,也就是矩阵的4条边上有O的地方开始遍历
9            if (i == 0 || i == rows - 1 || j == 0 || j == columns - 1) {
10                if (board[i][j] == 'O')
11                    bfs(i, j, board);
12            }
13        }
14    //重新复原
15    for (int i = 0; i < board.length; i++) {
16        for (int j = 0; j < board[0].length; j++) {
17            //把矩阵中是'A'的还变为O,其他的都变成X
18            if (board[i][j] == 'A')
19                board[i][j] = 'O';
20            else
21                board[i][j] = 'X';
22        }
23    }
24}
25
26int[][] direction = {{-1, 0}, {1, 0}, {0, 1}, {0, -1}};
27
28private void bfs(int i, int j, char[][] board) {
29    Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
30    //把当前位置变为A
31    board[i][j] = 'A';
32    //把当前的坐标加入到队列中
33    queue.offer(i);
34    queue.offer(j);
35    while (!queue.isEmpty()) {
36        //坐标出队
37        int queueI = queue.poll();
38        int queueJ = queue.poll();
39        //沿着当前位置(queueI,queueJ)的上下左右四个方向查找
40        for (int k = 0; k < 4; k++) {
41            int x = direction[k][0] + queueI;
42            int y = direction[k][1] + queueJ;
43            //边界条件判断,首先不能跑到矩阵的外边
44            if (x < 0 || x >= board.length || y < 0 || y >= board[0].length)
45                continue;
46            //如果当前位置不是O,就不用再判断了
47            if (board[x][y] != 'O')
48                continue;
49            //否则就把他变为A
50            board[x][y] = 'A';
51            //然后再把这个位置的坐标存放到队列中
52            queue.offer(x);
53            queue.offer(y);
54        }
55    }
56}

总结



要想找到被X包围的区域,最简单的一种方式就是从四周开始找,因为如果四周有O,那么他们肯定是不能被包围的,如果还有和这个O挨着的,也是不能被包围的,否则剩下的如果有O,那么剩下的这些肯定是能被X包围的,理解这个思路很重要。

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