我有一个nxm个由非负整数组成的矩阵。例如:

2 3 4 7 1
1 5 2 6 2
4 3 4 2 1
2 1 2 4 1
3 1 3 4 1
2 1 4 3 2
6 9 1 6 4

“投下炸弹”会使目标细胞及其所有八个邻居的数量减少一个,直到最小值为零。

x x x 
x X x
x x x

什么样的算法可以确定将所有细胞减少到零所需的最少炸弹数量?

B选项(因为我不是一个细心的读者)

事实上,问题的第一个版本并不是我要寻找的答案。我没有仔细阅读整个任务,有额外的约束条件,让我们说:

那么简单的问题是,当行中的序列必须是非递增的:

8 7 6 6 5是可能的输入序列

7 8 5 5 2是不可能的,因为7 -> 8在一个序列中增长。

也许为“简单”的问题找到答案会有助于为更难的问题找到解决方案。

PS:我相信当我们有几个相同的情况需要最少的炸弹来清除上面的线时,我们会选择在“左侧”使用最多炸弹的一个。还有什么证据是正确的吗?


当前回答

这里有一个解决方案,推广良好的性质的角。

让我们假设我们可以为给定的字段找到一个完美的落点,也就是说,一个减少其中值的最佳方法。然后,为了找到最少的炸弹数量,一个算法的初稿可能是(代码是从ruby实现中复制粘贴的):

dropped_bomb_count = 0
while there_are_cells_with_non_zero_count_left
  coordinates = choose_a_perfect_drop_point
  drop_bomb(coordinates)
  dropped_bomb_count += 1
end
return dropped_bomb_count

挑战是choose_a_perfect_drop_point。首先,让我们定义一个完美的落点是什么。

(x, y)的放置点会减少(x, y)中的值。它也可能会减少其他单元格中的值。 (x, y)的放置点A比(x, y)的放置点b更好,如果它减少了b所减少的单元格的适当超集中的值。 如果没有其他更好的投放点,投放点是最大的。 (x, y)的两个放置点是等效的,如果它们减少了同一组单元格。 如果(x, y)的放置点等价于(x, y)的所有最大放置点,那么它就是完美的。

如果(x, y)存在一个完美的投放点,那么您不能比在(x, y)的一个完美投放点上投放炸弹更有效地降低(x, y)处的值。

给定字段的完美放置点是其任何单元格的完美放置点。

以下是一些例子:

1 0 1 0 0
0 0 0 0 0
1 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0

单元格(0,0)(从零开始的索引)的完美放置点是(1,1)。(1,1)的所有其他放置点,即(0,0)、(0,1)和(1,0),减少的单元格较少。

0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 1 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0

单元格(2,2)(从零开始的索引)的完美落点是(2,2),以及所有周围的单元格(1,1)、(1,2)、(1,3)、(2,1)、(2,3)、(3,1)、(3,2)和(3,3)。

0 0 0 0 1
0 0 0 0 0
0 0 1 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0

单元格(2,2)的完美放置点是(3,1):它减少了(2,2)中的值和(4,0)中的值。(2,2)的所有其他放置点都不是最大的,因为它们减少了一个单元格。(2,2)的完美下拉点也是(4,0)的完美下拉点,它是字段的唯一完美下拉点。它为这个领域带来了完美的解决方案(一颗炸弹)。

1 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 1 0 0
0 0 0 0 0
1 0 0 0 0

(2,2)没有完美的落点:(1,1)和(1,3)都减少(2,2)和另一个单元格(它们是(2,2)的最大落点),但它们不相等。然而,(1,1)是(0,0)的完美落点,(1,3)是(0,4)的完美落点。

根据完美落点的定义和一定的检查顺序,我得到了以下问题示例的结果:

Drop bomb on 1, 1
Drop bomb on 1, 1
Drop bomb on 1, 5
Drop bomb on 1, 5
Drop bomb on 1, 5
Drop bomb on 1, 6
Drop bomb on 1, 2
Drop bomb on 1, 2
Drop bomb on 0, 6
Drop bomb on 0, 6
Drop bomb on 2, 1
Drop bomb on 2, 5
Drop bomb on 2, 5
Drop bomb on 2, 5
Drop bomb on 3, 1
Drop bomb on 3, 0
Drop bomb on 3, 0
Drop bomb on 3, 0
Drop bomb on 3, 0
Drop bomb on 3, 0
Drop bomb on 3, 4
Drop bomb on 3, 4
Drop bomb on 3, 3
Drop bomb on 3, 3
Drop bomb on 3, 6
Drop bomb on 3, 6
Drop bomb on 3, 6
Drop bomb on 4, 6
28

然而,该算法只有在每一步之后至少有一个完美落点时才能工作。可以在没有完美落点的情况下构建例子:

0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 0 1
0 1 1 0

对于这些情况,我们可以修改算法,这样我们就不会选择完美的落点,而是选择一个具有最大落点的最小选择的坐标,然后计算每个选择的最小值。在上面的例子中,所有有值的单元格都有两个最大落点。例如,(0,1)有最大落点(1,1)和(1,2)。选择其中任何一个,然后计算最小值,会得到这样的结果:

Drop bomb on 1, 1
Drop bomb on 2, 2
Drop bomb on 1, 2
Drop bomb on 2, 1
2

其他回答

Pólya说:“如果你不能解决一个问题,那么有一个更容易解决的问题:找到它。”

显然更简单的问题是一维问题(当网格是单行时)。让我们从最简单的算法开始——贪婪地轰炸最大的目标。什么时候会出问题?

给定11 11,贪婪算法对先炸毁哪个单元格无关。当然,中心单元格更好——它一次将所有三个单元格归零。这就提出了一种新的算法a,“炸弹最小化剩余的总和”。这个算法什么时候会出错?

给定1 1 2 11 1,算法A在轰炸第2,第3或第4单元格之间是无所谓的。但是轰炸第二个单元格,留下0 0 11 11比轰炸第三个单元格,留下10 10 10 10 1好。如何解决这个问题?轰炸第三个单元格的问题是,左边的功和右边的功必须分开做。

“炸弹使剩余的总和最小化,但使左边(我们轰炸的地方)的最小值和右边的最小值最大化”如何?叫这个算法b,这个算法什么时候出错?


编辑:在阅读了评论之后,我同意一个更有趣的问题将是改变一维问题,使其两端连接起来。很乐意看到这方面的进展。

这将是一个贪婪的方法:

计算一个阶为n X m的“score”矩阵,其中score[i][j]是如果位置(i,j)被炸毁,则矩阵中各点的总扣除额。(一个点的最高分数是9分,最低分数是0分) 逐行移动,找到并选择第一个得分最高的位置(例如(i,j))。 炸弹(i, j)。增加炸弹数量。 如果原矩阵的所有元素都不为零,则转到1。

但我怀疑这是否是最佳解决方案。

编辑:

我上面提到的贪心方法,虽然有效,但很可能不能给我们最优的解决方案。所以我想应该添加一些DP的元素。

我想我们可以同意,在任何时候,具有最高“分数”(分数[I][j] =总扣分,如果(I,j)被炸)的位置之一必须被瞄准。从这个假设开始,下面是新的方法:

NumOfBombs(M):(返回所需的最小炸弹数量)

给定一个矩阵M (n X M),如果M中的所有元素都为0,则返回0。 计算“分数”矩阵M。 设k个不同的位置P1 P2…Pk (1 <= k <= n*m),为m中得分最高的位置。 return (1 + min(NumOfBombs(M1), NumOfBombs(M2),…, NumOfBombs(Mk)) M1, M2,……,Mk是我们轰炸位置P1, P2,…, Pk。

此外,如果我们想在此基础上破坏位置的顺序,我们必须跟踪“min”的结果。

我相信为了减少炸弹的数量,你只需要最大化伤害。 要做到这一点,需要检查具有最强力的区域。因此,您首先分析具有3x3核的场,并检查哪里的和更强。还有炸弹…一直这样做,直到场地变平。这个文件的答案是28

var oMatrix = [
[2,3,4,7,1],
[1,5,2,6,2],
[4,3,4,2,1],
[2,1,2,4,1],
[3,1,3,4,1],
[2,1,4,3,2],
[6,9,1,6,4]
]

var nBombs = 0;
do
{
    var bSpacesLeftToBomb = false;
    var nHigh = 0;
    var nCellX = 0;
    var nCellY = 0;
    for(var y = 1 ; y<oMatrix.length-1;y++) 
        for(var x = 1 ; x<oMatrix[y].length-1;x++)  
        {
            var nValue = 0;
            for(var yy = y-1;yy<=y+1;yy++)
                for(var xx = x-1;xx<=x+1;xx++)
                    nValue += oMatrix[yy][xx];

            if(nValue>nHigh)
            {
                nHigh = nValue;
                nCellX = x;
                nCellY = y; 
            }

        }
    if(nHigh>0)
    {
        nBombs++;

        for(var yy = nCellY-1;yy<=nCellY+1;yy++)
        {
            for(var xx = nCellX-1;xx<=nCellX+1;xx++)
            {
                if(oMatrix[yy][xx]<=0)
                    continue;
                oMatrix[yy][xx] = --oMatrix[yy][xx];
            }
        }
        bSpacesLeftToBomb = true;
    }
}
while(bSpacesLeftToBomb);

alert(nBombs+'bombs');

为了尽量减少炸弹的数量,我们必须最大化每个炸弹的效果。要做到这一点,每一步我们都要选择最好的目标。对于每一个点,它和它的八个邻居的总和,可以被用作轰炸这一点的效率量。这将提供接近最佳的炸弹序列。

UPD:我们还应该考虑到零的数量,因为轰炸它们效率很低。事实上,问题是最小化击中零的数量。但我们不知道每一步如何使我们更接近这个目标。我同意这个问题是np完全的。我建议用贪婪的方法,它会给出一个接近真实的答案。

Well, suppose we number the board positions 1, 2, ..., n x m. Any sequence of bomb drops can be represented by a sequence of numbers in this set, where numbers can repeat. However, the effect on the board is the same regardless of what order you drop the bombs in, so really any choice of bomb drops can be represented as a list of n x m numbers, where the first number represents the number of bombs dropped on position 1, the second number represents the number of bombs dropped on position 2, etc. Let's call this list of n x m numbers the "key".

你可以试着先计算1个炸弹投下的所有板子状态,然后用这些来计算2个炸弹投下的所有板子状态,等等,直到你得到所有的0。但是在每一步中,您都将使用上面定义的键缓存状态,因此您可以在计算下一步时使用这些结果(一种“动态规划”方法)。

但是根据n、m的大小和网格中的数字,这种方法的内存需求可能会过多。一旦你计算了N + 1的所有结果,你就可以抛弃N个炸弹投掷的所有结果,所以这里有一些节省。当然,您不能以花费更长的时间为代价缓存任何东西——动态编程方法以内存换取速度。