【路飞】算法与数据结构-二进制矩阵中的最短路径

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不管全世界所有人怎么说,我都认为自己的感受才是正确的。无论别人怎么看,我绝不打乱自己的节奏。喜欢的事自然可以坚持,不喜欢的怎么也长久不了。

LeetCode:原题地址

题目要求

给你一个 n x n 的二进制矩阵 grid 中,返回矩阵中最短 畅通路径 的长度。如果不存在这样的路径,返回 -1 。

二进制矩阵中的 畅通路径 是一条从 左上角 单元格(即,(0, 0))到 右下角 单元格(即,(n - 1, n - 1))的路径,该路径同时满足下述要求:

路径途经的所有单元格都的值都是 0 。 路径中所有相邻的单元格应当在 8 个方向之一 上连通(即,相邻两单元之间彼此不同且共享一条边或者一个角)。 畅通路径的长度 是该路径途经的单元格总数。

示例 1:

输入: grid = [[0,1],[1,0]]
输出: 2

示例 2:

输入: grid = [[0,0,0],[1,1,0],[1,1,0]]
输出: 4

示例 3:

输入: grid = [[1,0,0],[1,1,0],[1,1,0]]
输出: -1

思路

  • 从任意一个位置,都有8个方向可以走,每次走一步。但其中上、左、左上可以不用走,因为该题并不存在遇到障碍物后需要往回走绕过的场景,只需要不断向右下方走即可。
  • 使用BFS,每次循环都以当前一层节点为起点,向右下方扩散出下一层节点。每次走一层步数(即路径长度)加1。
  • 当遇到终点时,表示找到了最短路径,此时的层数就是路径长度。
/**
 * @param {number[][]} grid
 * @return {number}
 */
var shortestPathBinaryMatrix = function (grid) {
  // 缓存矩阵的终点位置
  const m = grid.length - 1;
  const n = grid[0].length - 1;

  // 当起点和终点为1时,必然无法到达终点
  if (grid[0][0] === 1 || grid[m][n] === 1) {
    return -1;
  }

  // 如果矩阵只有1个点,且为0,路径为1
  if (m === 0 && n === 0 && grid[0][0] === 0) {
    return 1;
  }

  let queue = [[0, 0]]; // 使用队列进行BFS搜索
  let level = 1; // 缓存路径长度,起点的长度为1
  // 可以向四周所有方向行走,缓存8个方向
  const direction = [    [-1, 1], // 右上
    [0, 1], // 右
    [1, 1], // 右下
    [1, 0], // 下
    [1, -1], // 左下
    [-1, 0], // 上
    [0, -1], // 左
    [-1, -1], // 左上
  ];

  // 如果队列中有值,则继续搜索
  while (queue.length) {
    // 缓存当前层的节点数量
    let queueLength = queue.length;

    // 每次只遍历当前一层的节点
    while (--queueLength >= 0) {
      // 出队一个坐标,计算它可以行走的下一步位置
      const [x, y] = queue.shift();

      for (let i = 0; i < direction.length; i++) {
        // 下一步可以向四周行走,计算出相应新坐标
        const newX = x + direction[i][0];
        const newY = y + direction[i][1];

        // 如果新坐标超出网格,或者被标记为1,表示无法行走,则跳过
        if (
          newX < 0 ||
          newY < 0 ||
          newX > m ||
          newY > n ||
          grid[newX][newY] === 1
        ) {
          continue;
        }

        // 如果新坐标是终点,表示找到路径,返回长度即可
        if (newX === m && newY === n) {
          return level + 1;
        }
        // 将走过的位置标记为1,避免重复行走
        grid[newX][newY] = 1;
        // 将下一步的坐标存入队列,用于下一层循环
        queue.push([newX, newY]);
      }
    }

    level++; // 每向前走一层,将步数加1
  }

  return -1;
};