【路飞】算法与数据结构-打开转盘锁

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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

你有一个带有四个圆形拨轮的转盘锁。每个拨轮都有10个数字: '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9' 。每个拨轮可以自由旋转:例如把 '9' 变为 '0','0' 变为 '9' 。每次旋转都只能旋转一个拨轮的一位数字。

锁的初始数字为 '0000' ,一个代表四个拨轮的数字的字符串。

列表 deadends 包含了一组死亡数字,一旦拨轮的数字和列表里的任何一个元素相同,这个锁将会被永久锁定,无法再被旋转。

字符串 target 代表可以解锁的数字,你需要给出解锁需要的最小旋转次数,如果无论如何不能解锁,返回 -1 。

示例 1:

输入:deadends = ["0201","0101","0102","1212","2002"], target = "0202"
输出:6
解释:
可能的移动序列为 "0000" -> "1000" -> "1100" -> "1200" -> "1201" -> "1202" -> "0202"。
注意 "0000" -> "0001" -> "0002" -> "0102" -> "0202" 这样的序列是不能解锁的,
因为当拨动到 "0102" 时这个锁就会被锁定。

示例 2:

输入: deadends = ["8888"], target = "0009"
输出:1
解释:把最后一位反向旋转一次即可 "0000" -> "0009"

示例 3:

输入: deadends = ["8887","8889","8878","8898","8788","8988","7888","9888"], target = "8888"
输出:-1
解释:无法旋转到目标数字且不被锁定。

思路

  • "0000" 经过一次旋转,可变成的字符串是 0000 的邻接节点
  • 1100 - 1000 - 1100 这样变回来,徒增转换的次数,违背求最小的要求
  • 所以要跳过访问过的节点,同时也要跳过“死亡点”,死亡点和已访问过的节点可共用一个Set
  • 传统的BFS是从起点开始向四周扩散,遇到终点时就停止;而双向BFS则是从起点和终点同时开始扩散,当有交集的时候停止
  • 循环的最后交换的是q1和q2的内容,所要只要默认扩散q1就相当于轮流扩散q1和q2
  • 双向BFS算法中,如果每次都选择一个较小的集合进行扩散,那么占用的空间增长速度就会慢一些,尽可能以最小的空间代价产生q1和q2的交集,这样效率会高一些
  • 双向BFS也有局限,因为你必须要知道终点在哪里
/**
 * @param {string[]} deadends
 * @param {string} target
 * @return {number}
 */
var openLock = function (deadends, target) {
  // 旋转次数
  let step = 0;
  // 死亡结点和已访问结点共用这一个Set
  const deadSet = new Set();
  // 记录所有“死亡点”
  for (const dead of deadends) {
    deadSet.add(dead);
  }
  let q1 = new Set();
  let q2 = new Set();
  // 初始化起点和终点
  q1.add("0000");
  q2.add(target);
  // 循环直至队列为空
  while (q1.size && q2.size) {
    // 双向 BFS 的一个优化,因为按照 BFS 的逻辑,队列(集合)中的元素越多,扩散之后新的队列(集合)中的元素就越多;在双向 BFS 算法中,如果我们每次都选择一个较小的集合进行扩散,那么占用的空间增长速度就会慢一些,效率就会高一些。
    if (q1.size > q2.size) {
      // 交换 q1 和 q2
      [q1, q2] = [q2, q1];
    }
    // 在遍历的过程中不能修改哈希集合
    // 用temp存储q1的扩散结果
    let temp = new Set();
    for (let node of q1) {
      if (deadSet.has(node)) {
        continue;
      }
      if (q2.has(node)) {
        return step;
      }
      deadSet.add(node);
      // 通过遍历当前字符串,找出它的所有子节点,安排入列
      for (let j = 0; j < node.length; j++) {
        // 获取当前的数字num
        const num = node[j] - "0";
        // 往上拧所得的新数,比如1变成2
        const up = (num + 1) % 10;
        // 往下拧所得的新数,比如7变成6
        const down = (num + 9) % 10;
        const upNode = node.substring(0, j) + up + node.substring(j + 1);
        if (!deadSet.has(upNode)) {
          temp.add(upNode);
        }
        const downNode = node.substring(0, j) + down + node.substring(j + 1);
        if (!deadSet.has(downNode)) {
          temp.add(downNode);
        }
      }
    }

    step++;
    q1 = q2;
    q2 = temp;
  }
  return -1;
};