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C++의 행렬에 대한 너비 우선 검색

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주어진 행렬에는 요소 위치를 분석하기 위한 4개의 개체가 있습니다:왼쪽, 오른쪽, 아래쪽 및 위쪽.

너비 우선 탐색은 주어진 2차원 행렬의 두 요소 사이의 최단 거리를 찾는 것뿐입니다. 따라서 각 셀에는 다음과 같이 4개의 숫자로 표현할 수 있는 4개의 연산이 있습니다.

  • '2'는 행렬의 셀이 소스임을 나타냅니다.
  • '3'은 행렬의 셀이 대상임을 나타냅니다.
  • '1'은 셀이 한 방향으로 더 이동할 수 있음을 나타냅니다.
  • '0'은 행렬의 셀이 어떤 방향으로도 이동할 수 없음을 나타냅니다.

어도비 정당화를 기반으로 주어진 매트릭스에 대해 너비 우선 검색 작업을 수행할 수 있습니다.

이 문제를 해결하기 위한 접근 방식

전체 행렬을 순회하고 BFS를 사용하여 셀 사이의 최소 또는 최단 거리를 찾는 알고리즘은 다음과 같습니다.

  • 먼저 행과 열을 입력합니다.
  • 주어진 행과 열로 행렬을 초기화합니다.
  • 정수 함수 shortestDist(int row, int col, int mat[][col])은 행, 열 및 행렬을 입력으로 사용하고 행렬 요소 간의 최단 거리를 반환합니다.
  • 변수 소스 및 대상을 초기화하여 소스 및 대상 요소를 찾습니다.
  • 요소가 '3'이면 대상 요소로 표시하고 요소가 '2'이면 소스 요소로 표시합니다.
  • 이제 주어진 행렬에서 너비 우선 검색을 구현하기 위해 대기열 데이터 구조를 초기화합니다.
  • 큐에 있는 행렬의 행과 열을 쌍으로 삽입합니다. 이제 셀로 이동하여 대상 셀인지 아닌지 확인하십시오. 대상 셀의 거리가 최소값이거나 현재 셀보다 작으면 거리를 업데이트합니다.
  • 다시 다른 방향으로 이동하여 현재 셀에서 셀의 최소 거리를 찾습니다.
  • 최소 거리를 출력으로 반환합니다.

예시

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int findDistance(int row, int col, int mat[][5]) {
   int source_i, source_j, destination_i, destination_j;
   for (int i = 0; i < row; i++) {
      for (int j = 0; j < col; j++) {
         if (mat[i][j] == 2) {
            source_i = i;
            source_j = j;
         }
         if (mat[i][j] == 3) {
            destination_i = i;
            destination_j = j;
         }
      }
   }
   int dist[row][col];
   for (int i = 0; i < row; i++) {
      for (int j = 0; j < col; j++)
         dist[i][j] = INT_MAX;
   }
   // initialise queue to start BFS on matrix
   queue < pair < int, int >> q;
   q.push(make_pair(source_i, source_j));
   dist[source_i][source_j] = 0;

   // modified BFS by add constraint checks
   while (!q.empty()) {
      // storing the x co-ordinate or row information of cell
      int x = q.front().first;
      // storing the y co-ordinate or column information of cell
      int y = q.front().second;
      // Remove the cell from queue
      q.pop();

      // If move towards left is allowed or it is the destnation cell
      if (y - 1 >= 0 && (mat[x][y - 1] == 1 || mat[x][y - 1] == 3)) {
         // if distance to reach the cell to the left is less than the computed previous path distance, update it
         if (dist[x][y] + 1 < dist[x][y - 1]) {
            dist[x][y - 1] = dist[x][y] + 1;
            q.push(mkp(x, y - 1));
         }
      }
      // If move towards right is allowed or it is the destination cell
      if (y + 1 < col && (mat[x][y + 1] == 1 || mat[x][y + 1] == 3)) {
         // if distance to reach the cell to the right is less than the computed previous path distance, update it
         if (dist[x][y] + 1 < dist[x][y + 1]) {
            dist[x][y + 1] = dist[x][y] + 1;
            q.push(mkp(x, y + 1));
         }
      }
      // If upward direction is allowed
      if (x - 1 >= 0 && (mat[x - 1][y] == 1 || mat[x - 1][y] == 3)) {
         if (dist[x][y] + 1 < dist[x - 1][y]) {
            dist[x - 1][y] = dist[x][y] + 1;
            q.push(mkp(x - 1, y));
         }
      }

      // If downward direction allowed
      if (x + 1 < row && (mat[x + 1][y] == 1 || mat[x + 1][y] == 3)) {
         // if distance to reach the cell to the down is less than the computed previous path distance, update it
         if (dist[x][y] + 1 < dist[x + 1][y]) {
            dist[x + 1][y] = dist[x][y] + 1;
            q.push(mkp(x + 1, y));
         }
      }
   }
   return dist[destination_i][destination_j];
}

int main() {
   // initialising number of rows and columns
   int row = 5;
   int col = 5;
   // initialising matrix
   int mat[][5] = {
      {1, 0, 0, 2, 1},
      {1, 0, 1, 1, 1},
      {0, 1, 1, 2, 0},
      {3, 1, 0, 0, 1},
      {1, 1, 0, 0, 1}
   };
   int answer = findDistance(row, col, mat);
   // When source and destination are unreachable
   if (answer == INT_MAX)
      cout << "No Path Found" << endl;
   else {
      cout << "The Shortest Distance between Source and Destination is:" << endl;
      cout << answer << endl;
   }
   return 0;
}

출력

The Shortest Distance between Source and Destination is:4