小u的最大连续移动次数问题

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该题目旨在解决一个特定问题:在一个m x n的地图上,小U需要按照上坡或下坡的规则移动,且移动必须交替进行,每个位置只能经过一次。目标是找到小U能够移动的最大次数。

以下是代码执行的详细步骤:

  1. 初始化

    • 创建一个二维数组visited,用于标记地图上的每个位置是否已被访问过。
    • 定义一个方向数组directions,包含上、下、左、右四个方向的偏移量。
  2. 深度优先搜索(DFS)

    • 定义一个递归函数dfs,它接收当前位置(x, y)和一个布尔值is_up作为参数,is_up表示小U当前是否在上坡状态。
    • dfs函数内部,首先标记当前位置为已访问。
    • 然后,遍历四个方向,对于每个方向上的相邻位置(nx, ny),如果它满足边界条件和未访问条件,则根据is_up的值判断是否可以移动到该位置(上坡或下坡)。
    • 如果可以移动,则递归调用dfs函数,并将移动步数加1(通过递归返回值实现)。
    • 在返回之前,回溯并标记当前位置为未访问(这是不必要的,因为整个算法只关心最大步数,而不是路径本身。但如果需要记录路径,则不应回溯)。
  3. 遍历所有起点

    • 使用两个嵌套的循环遍历地图上的每个位置,作为起点调用dfs函数。
    • 对于每个起点,分别以上坡和下坡的状态开始搜索,并更新最大移动次数max_moves
  4. 返回结果

    • 返回max_moves作为小U能够移动的最大次数。

改进方向

  1. 去除回溯

    • 由于只关心最大步数,不需要记录路径,因此可以去除回溯步骤,即将visited[x][y] = False这行代码删除。
  2. 记忆化搜索

    • 使用一个与visited相同大小的数组来存储从每个位置出发能够得到的最大步数,以避免重复计算。
    • 这将显著提高算法的效率,特别是当地图较大时。
  3. 优化方向判断

    • 在当前实现中,对于每个相邻位置,都会检查其是否满足上坡或下坡的条件。这可以通过预处理地图来优化,例如,为每个位置预计算其可以上坡或下坡的相邻位置。
  4. 并行计算

    • 如果硬件资源允许,可以考虑使用并行计算来加速搜索过程。例如,可以使用多线程或分布式计算来同时搜索多个起点。

代码如下

def solution(m: int, n: int, a: list) -> int:
# 初始化访问标记数组
visited = [[False] * n for _ in range(m)]

# 方向数组,表示上下左右四个方向
directions = [(-1, 0), (1, 0), (0, -1), (0, 1)]

def dfs(x, y, is_up):
    # 标记当前位置为已访问
    visited[x][y] = True
    max_steps = 0
    
    # 遍历四个方向
    for dx, dy in directions:
        nx, ny = x + dx, y + dy
        if 0 <= nx < m and 0 <= ny < n and not visited[nx][ny]:
            # 判断是否满足上坡或下坡的条件
            if is_up and a[nx][ny] > a[x][y]:
                max_steps = max(max_steps, 1 + dfs(nx, ny, False))
            elif not is_up and a[nx][ny] < a[x][y]:
                max_steps = max(max_steps, 1 + dfs(nx, ny, True))
    
    # 回溯,标记当前位置为未访问
    visited[x][y] = False
    return max_steps

max_moves = 0
# 从每个位置开始进行DFS
for i in range(m):
    for j in range(n):
        max_moves = max(max_moves, dfs(i, j, True))
        max_moves = max(max_moves, dfs(i, j, False))

return max_moves