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
这个贪婪的解决方案似乎是正确的:
正如评论中指出的那样，它在2D中会失败。但也许你可以改进它。
1 d: 如果至少有2个数字，你不需要从最左边的那个开始射击，因为从第二个开始射击并不差。所以射到第二个，而第一个不是0，因为你必须这么做。移动到下一个单元格。不要忘记最后一个单元格。
c++代码:
void bombs(vector<int>& v, int i, int n){
ans += n;
v[i] -= n;
if(i > 0)
v[i - 1] -= n;
if(i + 1< v.size())
v[i + 1] -= n;
}
void solve(vector<int> v){
int n = v.size();
for(int i = 0; i < n;++i){
if(i != n - 1){
bombs(v, i + 1, v[i]);
}
else
bombs(v, i, v[i])
}
}
对于2D: 再次强调:你不需要在第一行拍摄(如果有第二行)。所以要射到第二个。解决第一行的1D任务。(因为你需要使它为空)。下降。别忘了最后一排。
其他回答
到目前为止，一些答案给出了指数时间，一些涉及动态规划。我怀疑这些是否有必要。
我的解是O(mnS)其中m和n是板子的维度，S是所有整数的和。这个想法相当野蛮:找到每次可以杀死最多的位置，并在0处终止。
对于给定的棋盘，它给出28步棋，并且在每次落子后打印出棋盘。
完整的，不言自明的代码:
import java.util.Arrays;
public class BombMinDrops {
private static final int[][] BOARD = {{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}};
private static final int ROWS = BOARD.length;
private static final int COLS = BOARD[0].length;
private static int remaining = 0;
private static int dropCount = 0;
static {
for (int i = 0; i < ROWS; i++) {
for (int j = 0; j < COLS; j++) {
remaining = remaining + BOARD[i][j];
}
}
}
private static class Point {
int x, y;
int kills;
Point(int x, int y, int kills) {
this.x = x;
this.y = y;
this.kills = kills;
}
@Override
public String toString() {
return dropCount + "th drop at [" + x + ", " + y + "] , killed " + kills;
}
}
private static int countPossibleKills(int x, int y) {
int count = 0;
for (int row = x - 1; row <= x + 1; row++) {
for (int col = y - 1; col <= y + 1; col++) {
try {
if (BOARD[row][col] > 0) count++;
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex) {/*ignore*/}
}
}
return count;
}
private static void drop(Point here) {
for (int row = here.x - 1; row <= here.x + 1; row++) {
for (int col = here.y - 1; col <= here.y + 1; col++) {
try {
if (BOARD[row][col] > 0) BOARD[row][col]--;
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex) {/*ignore*/}
}
}
dropCount++;
remaining = remaining - here.kills;
print(here);
}
public static void solve() {
while (remaining > 0) {
Point dropWithMaxKills = new Point(-1, -1, -1);
for (int i = 0; i < ROWS; i++) {
for (int j = 0; j < COLS; j++) {
int possibleKills = countPossibleKills(i, j);
if (possibleKills > dropWithMaxKills.kills) {
dropWithMaxKills = new Point(i, j, possibleKills);
}
}
}
drop(dropWithMaxKills);
}
System.out.println("Total dropped: " + dropCount);
}
private static void print(Point drop) {
System.out.println(drop.toString());
for (int[] row : BOARD) {
System.out.println(Arrays.toString(row));
}
System.out.println();
}
public static void main(String[] args) {
solve();
}
}
有一种方法可以把这个问题简化为一个简单的子问题。
解释分为两部分，算法和算法的原因 提供最优解决方案。没有第二个，第一个就说不通了，所以我 从为什么开始。
如果你想轰炸矩形(假设一个大矩形-还没有边缘情况) 你可以看到，只有这样才能减少空心矩形上的正方形 周长到0的意思是炸毁周长或者炸毁的空心矩形 就在外围的方块里。我称周长为图层1，其中的矩形为图层2。
一个重要的观点是，没有点轰炸层1，因为 你这样做得到的“爆炸半径”总是包含在爆炸半径内 另一个来自第2层的正方形。你应该很容易就能说服自己。
所以，我们可以把问题简化为找到一个最优的方法来炸开周长，然后我们可以重复这个过程，直到所有的平方都为0。
但当然了，如果有爆炸的可能，并不总能找到最优解 以一种不太理想的方式远离周边，但通过使用X个额外的炸弹制造 用>X炸弹减少内层的问题。如果我们调用 第一层，如果我们在第二层的某个地方放置一个额外的X炸弹(只是 在第1层内，我们可以减少之后轰炸第2层的努力吗 X ?换句话说，我们必须证明我们可以贪心化简外部 周长。
但是，我们知道我们可以贪婪。因为第2层的炸弹永远不会更多 有效减少第2层到0比战略上放置炸弹在第3层。和 因为和之前一样的原因-总有一个炸弹我们可以放在第3层 将影响第2层的每一个方块，炸弹放在第2层可以。所以，它可以 永远不要伤害我们的贪婪(在这个意义上的贪婪)。
所以，我们要做的就是找到最优的方法，通过轰炸将许可值降为0 下一个内层。
我们永远不会因为先把角落炸到0而受伤，因为只有内层的角落可以到达，所以我们真的没有选择(并且，任何可以到达角落的周长炸弹的爆炸半径都包含在内层角落的爆炸半径中)。
一旦我们这样做了，与0角相邻的周长上的正方形只能由内层的2个正方形到达:
0 A B
C X Y
D Z
在这一点上，周长实际上是一个封闭的1维环，因为任何炸弹都会减少3个相邻的正方形。除了角落附近的一些奇怪之处——X可以“击中”A、B、C和D。
Now we can't use any blast radius tricks - the situation of each square is symmetric, except for the weird corners, and even there no blast radius is a subset of another. Note that if this were a line (as Colonel Panic discusses) instead of a closed loop the solution is trivial. The end points must be reduced to 0, and it never harms you to bomb the points adjacent to the end points, again because the blast radius is a superset. Once you have made your endpoint 0, you still have a new endpoint, so repeat (until the line is all 0).
所以，如果我们可以优化地将层中的单个正方形减少到0，我们就有了一个算法(因为我们已经切断了循环，现在有了一条带有端点的直线)。我相信轰炸与最小值相邻的正方形(给你2个选项)，这样在最小值的2个正方形内的最大值就是最小值(你可能不得不分割你的轰炸来管理这一点)将是最优的，但我还没有证明。
所有这些问题都归结为计算编辑距离。简单地计算给定矩阵和零矩阵之间的Levenshtein距离的变体，其中编辑被轰炸替换，使用动态编程来存储中间数组之间的距离。我建议使用矩阵的哈希作为键。在pseudo-Python:
memo = {}
def bomb(matrix,i,j):
# bomb matrix at i,j
def bombsRequired(matrix,i,j):
# bombs required to zero matrix[i,j]
def distance(m1, i, len1, m2, j, len2):
key = hash(m1)
if memo[key] != None:
return memo[key]
if len1 == 0: return len2
if len2 == 0: return len1
cost = 0
if m1 != m2: cost = m1[i,j]
m = bomb(m1,i,j)
dist = distance(str1,i+1,len1-1,str2,j+1,len2-1)+cost)
memo[key] = dist
return dist
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。
我想不出一个计算实际数字的方法除非用我最好的启发式方法计算轰炸行动并希望得到一个合理的结果。
So my method is to compute a bombing efficiency metric for each cell, bomb the cell with the highest value, .... iterate the process until I've flattened everything. Some have advocated using simple potential damage (i.e. score from 0 to 9) as a metric, but that falls short by pounding high value cells and not making use of damage overlap. I'd calculate cell value - sum of all neighbouring cells, reset any positive to 0 and use the absolute value of anything negative. Intuitively this metric should make a selection that help maximise damage overlap on cells with high counts instead of pounding those directly.
下面的代码在28个炸弹中达到了测试场的完全破坏(注意，使用潜在伤害作为度量，结果是31!)
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
namespace StackOverflow
{
internal class Program
{
// store the battle field as flat array + dimensions
private static int _width = 5;
private static int _length = 7;
private static int[] _field = new int[] {
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
};
// this will store the devastation metric
private static int[] _metric;
// do the work
private static void Main(string[] args)
{
int count = 0;
while (_field.Sum() > 0)
{
Console.Out.WriteLine("Round {0}:", ++count);
GetBlastPotential();
int cell_to_bomb = FindBestBombingSite();
PrintField(cell_to_bomb);
Bomb(cell_to_bomb);
}
Console.Out.WriteLine("Done in {0} rounds", count);
}
// convert 2D position to 1D index
private static int Get1DCoord(int x, int y)
{
if ((x < 0) || (y < 0) || (x >= _width) || (y >= _length)) return -1;
else
{
return (y * _width) + x;
}
}
// Convert 1D index to 2D position
private static void Get2DCoord(int n, out int x, out int y)
{
if ((n < 0) || (n >= _field.Length))
{
x = -1;
y = -1;
}
else
{
x = n % _width;
y = n / _width;
}
}
// Compute a list of 1D indices for a cell neighbours
private static List<int> GetNeighbours(int cell)
{
List<int> neighbours = new List<int>();
int x, y;
Get2DCoord(cell, out x, out y);
if ((x >= 0) && (y >= 0))
{
List<int> tmp = new List<int>();
tmp.Add(Get1DCoord(x - 1, y - 1));
tmp.Add(Get1DCoord(x - 1, y));
tmp.Add(Get1DCoord(x - 1, y + 1));
tmp.Add(Get1DCoord(x, y - 1));
tmp.Add(Get1DCoord(x, y + 1));
tmp.Add(Get1DCoord(x + 1, y - 1));
tmp.Add(Get1DCoord(x + 1, y));
tmp.Add(Get1DCoord(x + 1, y + 1));
// eliminate invalid coords - i.e. stuff past the edges
foreach (int c in tmp) if (c >= 0) neighbours.Add(c);
}
return neighbours;
}
// Compute the devastation metric for each cell
// Represent the Value of the cell minus the sum of all its neighbours
private static void GetBlastPotential()
{
_metric = new int[_field.Length];
for (int i = 0; i < _field.Length; i++)
{
_metric[i] = _field[i];
List<int> neighbours = GetNeighbours(i);
if (neighbours != null)
{
foreach (int j in neighbours) _metric[i] -= _field[j];
}
}
for (int i = 0; i < _metric.Length; i++)
{
_metric[i] = (_metric[i] < 0) ? Math.Abs(_metric[i]) : 0;
}
}
//// Compute the simple expected damage a bomb would score
//private static void GetBlastPotential()
//{
// _metric = new int[_field.Length];
// for (int i = 0; i < _field.Length; i++)
// {
// _metric[i] = (_field[i] > 0) ? 1 : 0;
// List<int> neighbours = GetNeighbours(i);
// if (neighbours != null)
// {
// foreach (int j in neighbours) _metric[i] += (_field[j] > 0) ? 1 : 0;
// }
// }
//}
// Update the battle field upon dropping a bomb
private static void Bomb(int cell)
{
List<int> neighbours = GetNeighbours(cell);
foreach (int i in neighbours)
{
if (_field[i] > 0) _field[i]--;
}
}
// Find the best bombing site - just return index of local maxima
private static int FindBestBombingSite()
{
int max_idx = 0;
int max_val = int.MinValue;
for (int i = 0; i < _metric.Length; i++)
{
if (_metric[i] > max_val)
{
max_val = _metric[i];
max_idx = i;
}
}
return max_idx;
}
// Display the battle field on the console
private static void PrintField(int cell)
{
for (int x = 0; x < _width; x++)
{
for (int y = 0; y < _length; y++)
{
int c = Get1DCoord(x, y);
if (c == cell)
Console.Out.Write(string.Format("[{0}]", _field[c]).PadLeft(4));
else
Console.Out.Write(string.Format(" {0} ", _field[c]).PadLeft(4));
}
Console.Out.Write(" || ");
for (int y = 0; y < _length; y++)
{
int c = Get1DCoord(x, y);
if (c == cell)
Console.Out.Write(string.Format("[{0}]", _metric[c]).PadLeft(4));
else
Console.Out.Write(string.Format(" {0} ", _metric[c]).PadLeft(4));
}
Console.Out.WriteLine();
}
Console.Out.WriteLine();
}
}
}
产生的轰炸模式输出如下(左边是字段值，右边是度量值)
Round 1:
2 1 4 2 3 2 6 || 7 16 8 10 4 18 6
3 5 3 1 1 1 9 || 11 18 18 21 17 28 5
4 [2] 4 2 3 4 1 || 19 [32] 21 20 17 24 22
7 6 2 4 4 3 6 || 8 17 20 14 16 22 8
1 2 1 1 1 2 4 || 14 15 14 11 13 16 7
Round 2:
2 1 4 2 3 2 6 || 5 13 6 9 4 18 6
2 4 2 1 1 [1] 9 || 10 15 17 19 17 [28] 5
3 2 3 2 3 4 1 || 16 24 18 17 17 24 22
6 5 1 4 4 3 6 || 7 14 19 12 16 22 8
1 2 1 1 1 2 4 || 12 12 12 10 13 16 7
Round 3:
2 1 4 2 2 1 5 || 5 13 6 7 3 15 5
2 4 2 1 0 1 8 || 10 15 17 16 14 20 2
3 [2] 3 2 2 3 0 || 16 [24] 18 15 16 21 21
6 5 1 4 4 3 6 || 7 14 19 11 14 19 6
1 2 1 1 1 2 4 || 12 12 12 10 13 16 7
Round 4:
2 1 4 2 2 1 5 || 3 10 4 6 3 15 5
1 3 1 1 0 1 8 || 9 12 16 14 14 20 2
2 2 2 2 2 [3] 0 || 13 16 15 12 16 [21] 21
5 4 0 4 4 3 6 || 6 11 18 9 14 19 6
1 2 1 1 1 2 4 || 10 9 10 9 13 16 7
Round 5:
2 1 4 2 2 1 5 || 3 10 4 6 2 13 3
1 3 1 1 0 [0] 7 || 9 12 16 13 12 [19] 2
2 2 2 2 1 3 0 || 13 16 15 10 14 15 17
5 4 0 4 3 2 5 || 6 11 18 7 13 17 6
1 2 1 1 1 2 4 || 10 9 10 8 11 13 5
Round 6:
2 1 4 2 1 0 4 || 3 10 4 5 2 11 2
1 3 1 1 0 0 6 || 9 12 16 11 8 13 0
2 2 2 2 0 2 0 || 13 16 15 9 14 14 15
5 4 [0] 4 3 2 5 || 6 11 [18] 6 11 15 5
1 2 1 1 1 2 4 || 10 9 10 8 11 13 5
Round 7:
2 1 4 2 1 0 4 || 3 10 4 5 2 11 2
1 3 1 1 0 0 6 || 8 10 13 9 7 13 0
2 [1] 1 1 0 2 0 || 11 [15] 12 8 12 14 15
5 3 0 3 3 2 5 || 3 8 10 3 8 15 5
1 1 0 0 1 2 4 || 8 8 7 7 9 13 5
Round 8:
2 1 4 2 1 0 4 || 1 7 2 4 2 11 2
0 2 0 1 0 0 6 || 7 7 12 7 7 13 0
1 1 0 1 0 2 0 || 8 8 10 6 12 14 15
4 2 0 3 3 [2] 5 || 2 6 8 2 8 [15] 5
1 1 0 0 1 2 4 || 6 6 6 7 9 13 5
Round 9:
2 1 4 2 1 0 4 || 1 7 2 4 2 11 2
0 2 0 1 0 0 6 || 7 7 12 7 6 12 0
1 1 0 1 0 [1] 0 || 8 8 10 5 10 [13] 13
4 2 0 3 2 2 4 || 2 6 8 0 6 9 3
1 1 0 0 0 1 3 || 6 6 6 5 8 10 4
Round 10:
2 1 4 2 1 0 4 || 1 7 2 4 2 10 1
0 2 [0] 1 0 0 5 || 7 7 [12] 7 6 11 0
1 1 0 1 0 1 0 || 8 8 10 4 8 9 10
4 2 0 3 1 1 3 || 2 6 8 0 6 8 3
1 1 0 0 0 1 3 || 6 6 6 4 6 7 2
Round 11:
2 0 3 1 1 0 4 || 0 6 0 3 0 10 1
0 1 0 0 0 [0] 5 || 4 5 5 5 3 [11] 0
1 0 0 0 0 1 0 || 6 8 6 4 6 9 10
4 2 0 3 1 1 3 || 1 5 6 0 5 8 3
1 1 0 0 0 1 3 || 6 6 6 4 6 7 2
Round 12:
2 0 3 1 0 0 3 || 0 6 0 2 1 7 1
0 1 0 0 0 0 4 || 4 5 5 4 1 7 0
1 0 0 0 0 [0] 0 || 6 8 6 4 5 [9] 8
4 2 0 3 1 1 3 || 1 5 6 0 4 7 2
1 1 0 0 0 1 3 || 6 6 6 4 6 7 2
Round 13:
2 0 3 1 0 0 3 || 0 6 0 2 1 6 0
0 1 0 0 0 0 3 || 4 5 5 4 1 6 0
1 [0] 0 0 0 0 0 || 6 [8] 6 3 3 5 5
4 2 0 3 0 0 2 || 1 5 6 0 4 6 2
1 1 0 0 0 1 3 || 6 6 6 3 4 4 0
Round 14:
2 0 3 1 0 [0] 3 || 0 5 0 2 1 [6] 0
0 0 0 0 0 0 3 || 2 5 4 4 1 6 0
0 0 0 0 0 0 0 || 4 4 4 3 3 5 5
3 1 0 3 0 0 2 || 0 4 5 0 4 6 2
1 1 0 0 0 1 3 || 4 4 5 3 4 4 0
Round 15:
2 0 3 1 0 0 2 || 0 5 0 2 1 4 0
0 0 0 0 0 0 2 || 2 5 4 4 1 4 0
0 0 0 0 0 0 0 || 4 4 4 3 3 4 4
3 1 0 3 0 [0] 2 || 0 4 5 0 4 [6] 2
1 1 0 0 0 1 3 || 4 4 5 3 4 4 0
Round 16:
2 [0] 3 1 0 0 2 || 0 [5] 0 2 1 4 0
0 0 0 0 0 0 2 || 2 5 4 4 1 4 0
0 0 0 0 0 0 0 || 4 4 4 3 3 3 3
3 1 0 3 0 0 1 || 0 4 5 0 3 3 1
1 1 0 0 0 0 2 || 4 4 5 3 3 3 0
Round 17:
1 0 2 1 0 0 2 || 0 3 0 1 1 4 0
0 0 0 0 0 0 2 || 1 3 3 3 1 4 0
0 0 0 0 0 0 0 || 4 4 4 3 3 3 3
3 1 [0] 3 0 0 1 || 0 4 [5] 0 3 3 1
1 1 0 0 0 0 2 || 4 4 5 3 3 3 0
Round 18:
1 0 2 1 0 0 2 || 0 3 0 1 1 4 0
0 0 0 0 0 0 2 || 1 3 3 3 1 4 0
0 0 0 0 0 0 0 || 3 3 2 2 2 3 3
3 [0] 0 2 0 0 1 || 0 [4] 2 0 2 3 1
1 0 0 0 0 0 2 || 2 4 2 2 2 3 0
Round 19:
1 0 2 1 0 [0] 2 || 0 3 0 1 1 [4] 0
0 0 0 0 0 0 2 || 1 3 3 3 1 4 0
0 0 0 0 0 0 0 || 2 2 2 2 2 3 3
2 0 0 2 0 0 1 || 0 2 2 0 2 3 1
0 0 0 0 0 0 2 || 2 2 2 2 2 3 0
Round 20:
1 [0] 2 1 0 0 1 || 0 [3] 0 1 1 2 0
0 0 0 0 0 0 1 || 1 3 3 3 1 2 0
0 0 0 0 0 0 0 || 2 2 2 2 2 2 2
2 0 0 2 0 0 1 || 0 2 2 0 2 3 1
0 0 0 0 0 0 2 || 2 2 2 2 2 3 0
Round 21:
0 0 1 1 0 0 1 || 0 1 0 0 1 2 0
0 0 0 0 0 0 1 || 0 1 2 2 1 2 0
0 0 0 0 0 0 0 || 2 2 2 2 2 2 2
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Round 22:
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0 0 0 0 0 0 1 || 0 1 2 2 1 2 0
[0] 0 0 0 0 0 0 || [2] 2 2 2 2 1 1
2 0 0 2 0 0 0 || 0 2 2 0 2 1 1
0 0 0 0 0 0 1 || 2 2 2 2 2 1 0
Round 23:
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0 0 [0] 0 0 0 1 || 0 1 [2] 2 1 2 0
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Round 24:
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0 0 0 0 0 0 1 || 0 0 0 0 0 2 0
0 0 [0] 0 0 0 0 || 1 1 [2] 2 2 1 1
1 0 0 2 0 0 0 || 0 1 2 0 2 1 1
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Round 25:
0 0 0 0 0 [0] 1 || 0 0 0 0 0 [2] 0
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Round 26:
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0 0 0 0 0 0 0 || 0 0 0 0 0 0 0
[0] 0 0 0 0 0 0 || [1] 1 1 1 1 0 0
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Round 27:
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Round 28:
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Done in 28 rounds
