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

这是我的解决方案。由于时间有限,我不会用代码写出来,但我相信这应该每次都能产生最优的移动数量——尽管我不确定它在寻找要轰炸的点时是否有效。

首先,正如@Luka Rahne在一条评论中所说的,你轰炸的顺序并不重要,重要的是组合。

其次,正如许多人所说的那样,从角的对角线上轰炸1是最优的,因为它接触的点比角多。

这就生成了我的算法版本的基础: 我们可以在第一个或最后一个炸掉拐角的1-off,这没有关系(理论上) 我们首先破坏这些,因为它可以让后面的决定更容易(在实践中) 我们轰炸影响最大的点,同时轰炸那些角落。

让我们将阻力点定义为棋盘上具有最多不可炸点+周围0数量最多的点

非爆炸点可以定义为在我们正在研究的黑板的当前范围内不存在的点。

我还将定义4个处理范围的边界: 上=0,左=0,下=k,右=j。 (起始值)

最后,我将最优炸弹定义为投掷在与阻力点相邻的点上的炸弹,并接触(1)最高值的阻力点和(2)可能的最大数量的点。

关于方法,很明显我们正在从外到内的工作。我们将能够同时与4架“轰炸机”一起工作。

第一个阻力点显然是我们的弯道。“边界外”的点是不可轰炸的(每个角落的范围外都有5个点)。所以我们先在对角线上炸一个角。

算法:

找到4个最佳炸弹点。 如果一个炸弹点正在轰炸一个接触2个边界(即一个角)的阻力点,则一直轰炸到该点为0。否则,逐个轰炸,直到其中一个触及最佳轰炸点的阻力点为0。 对于每个边界: 如果(sum(bound)==0)前进界

重复以上步骤,直到上=下,左=右

稍后我将尝试编写实际代码

其他回答

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

由于时间不够,我不得不停留在部分解决方案上,但希望即使是这个部分解决方案也能提供解决这个问题的潜在方法的一些见解。

当面对一个困难的问题时,我喜欢想出一些简单的问题来培养对问题空间的直觉。这里,我采取的第一步是将这个二维问题简化为一维问题。考虑一行字:

0 4 2 1 3 0 1

不管怎样,你知道你需要在4点附近炸4次才能把它降到0。因为左边是一个较低的数字,所以轰炸0或4比轰炸2没有任何好处。事实上,我相信(但缺乏严格的证明)轰炸2,直到4点降到0,至少和任何其他策略一样好,让4点降到0。从左到右,我们可以采用如下策略:

index = 1
while index < line_length
  while number_at_index(index - 1) > 0
    bomb(index)
  end
  index++
end
# take care of the end of the line
while number_at_index(index - 1) > 0
  bomb(index - 1)
end

几个轰炸命令示例:

0 4[2]1 3 0 1
0 3[1]0 3 0 1
0 2[0]0 3 0 1
0 1[0]0 3 0 1
0 0 0 0 3[0]1
0 0 0 0 2[0]0
0 0 0 0 1[0]0
0 0 0 0 0 0 0

4[2]1 3 2 1 5
3[1]0 3 2 1 5
2[0]0 3 2 1 5
1[0]0 3 2 1 5
0 0 0 3[2]1 5
0 0 0 2[1]0 5
0 0 0 1[0]0 5
0 0 0 0 0 0[5]
0 0 0 0 0 0[4]
0 0 0 0 0 0[3]
0 0 0 0 0 0[2]
0 0 0 0 0 0[1]
0 0 0 0 0 0 0

从一个需要以某种方式下降的数字开始是一个很有吸引力的想法,因为它突然变得可以找到一个解,就像一些人声称的那样,至少和所有其他解一样好。

The next step up in complexity where this search of at least as good is still feasible is on the edge of the board. It is clear to me that there is never any strict benefit to bomb the outer edge; you're better off bombing the spot one in and getting three other spaces for free. Given this, we can say that bombing the ring one inside of the edge is at least as good as bombing the edge. Moreover, we can combine this with the intuition that bombing the right one inside of the edge is actually the only way to get edge spaces down to 0. Even more, it is trivially simple to figure out the optimal strategy (in that it is at least as good as any other strategy) to get corner numbers down to 0. We put this all together and can get much closer to a solution in the 2-D space.

根据对角子的观察,我们可以肯定地说,我们知道从任何起始棋盘到所有角子都是0的棋盘的最佳策略。这是一个这样的板的例子(我借用了上面两个线性板的数字)。我用不同的方式标记了一些空间,我会解释为什么。

0 4 2 1 3 0 1 0
4 x x x x x x 4
2 y y y y y y 2
1 y y y y y y 1
3 y y y y y y 3
2 y y y y y y 2
1 y y y y y y 1
5 y y y y y y 5
0 4 2 1 3 0 1 0

你会注意到,最上面一行和我们之前看到的线性例子非常相似。回想一下我们之前的观察,将第一行全部降为0的最佳方法是破坏第二行(x行)。轰炸任何y行都无法清除顶部行,轰炸顶部行也没有比轰炸x行相应空间更多的好处。

我们可以从上面应用线性策略(轰炸x行上的相应空间),只关注第一行,不关注其他任何内容。大概是这样的:

0 4 2 1 3 0 1 0
4 x[x]x x x x 4
2 y y y y y y 2
1 y y y y y y 1
3 y y y y y y 3
2 y y y y y y 2
1 y y y y y y 1
5 y y y y y y 5
0 4 2 1 3 0 1 0

0 3 1 0 3 0 1 0
4 x[x]x x x x 4
2 y y y y y y 2
1 y y y y y y 1
3 y y y y y y 3
2 y y y y y y 2
1 y y y y y y 1
5 y y y y y y 5
0 4 2 1 3 0 1 0

0 2 0 0 3 0 1 0
4 x[x]x x x x 4
2 y y y y y y 2
1 y y y y y y 1
3 y y y y y y 3
2 y y y y y y 2
1 y y y y y y 1
5 y y y y y y 5
0 4 2 1 3 0 1 0

0 1 0 0 3 0 1 0
4 x[x]x x x x 4
2 y y y y y y 2
1 y y y y y y 1
3 y y y y y y 3
2 y y y y y y 2
1 y y y y y y 1
5 y y y y y y 5
0 4 2 1 3 0 1 0

0 0 0 0 3 0 1 0
4 x x x x x x 4
2 y y y y y y 2
1 y y y y y y 1
3 y y y y y y 3
2 y y y y y y 2
1 y y y y y y 1
5 y y y y y y 5
0 4 2 1 3 0 1 0

The flaw in this approach becomes very obvious in the final two bombings. It is clear, given that the only bomb sites that reduce the 4 figure in the first column in the second row are the first x and the y. The final two bombings are clearly inferior to just bombing the first x, which would have done the exact same (with regard to the first spot in the top row, which we have no other way of clearing). Since we have demonstrated that our current strategy is suboptimal, a modification in strategy is clearly needed.

在这一点上,我可以退一步,只关注一个角落。让我们考虑一下这个问题:

0 4 2 1
4 x y a
2 z . .
1 b . .

It is clear the only way to get the spaces with 4 down to zero are to bomb some combination of x, y, and z. With some acrobatics in my mind, I'm fairly sure the optimal solution is to bomb x three times and then a then b. Now it's a matter of figuring out how I reached that solution and if it reveals any intuition we can use to even solve this local problem. I notice that there's no bombing of y and z spaces. Attempting to find a corner where bombing those spaces makes sense yields a corner that looks like this:

0 4 2 5 0
4 x y a .
2 z . . .
5 b . . .
0 . . . .

对于这个问题,我很清楚,最优解决方案是轰炸y 5次,z 5次。让我们更进一步。

0 4 2 5 6 0 0
4 x y a . . .
2 z . . . . .
5 b . . . . .
6 . . . . . .
0 . . . . . .
0 . . . . . .

这里,最优解决方案是轰炸a和b 6次,然后x 4次。

现在它变成了一个如何将这些直觉转化为我们可以建立的原则的游戏。

希望能继续!

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');

如果你想要绝对最优解来清理棋盘,你将不得不使用经典的回溯,但如果矩阵非常大,它将需要很长时间才能找到最佳解,如果你想要一个“可能的”最优解,你可以使用贪婪算法,如果你需要帮助写算法,我可以帮助你

现在想想,这是最好的办法。在那里制作另一个矩阵,存储通过投掷炸弹而移除的点,然后选择点数最多的单元格,并在那里投掷炸弹更新点数矩阵,然后继续。例子:

2 3 5 -> (2+(1*3)) (3+(1*5)) (5+(1*3))
1 3 2 -> (1+(1*4)) (3+(1*7)) (2+(1*4))
1 0 2 -> (1+(1*2)) (0+(1*5)) (2+(1*2))

对于每个相邻的高于0的单元格,单元格值+1

没有必要将问题转化为线性子问题。

相反,使用简单的贪婪启发式,即从最大的角落开始轰炸角落。

在给定的例子中,有四个角,{2,1,6,4}。对于每个角落,没有比轰炸单元格对角线更好的移动了,所以我们知道我们的第一个2+1+6+4 = 13次轰炸必须在这些对角线单元格中。在完成轰炸之后,我们会得到一个新的矩阵:

2 3 4 7 1      0 1 1 6 0      0 1 1 6 0     1 1 6 0     0 0 5     0 0 0 
1 5 2 6 2      0 3 0 5 1      0 3 0 5 1  => 1 0 4 0  => 0 0 3  => 0 0 0  
4 3 4 2 1      2 1 1 1 0      2 1 1 1 0     0 0 0 0     0 0 0     0 0 3  
2 1 2 4 1  =>  2 1 2 4 1  =>  2 1 2 4 1     0 0 3 0     0 0 3      
3 1 3 4 1      0 0 0 0 0      0 0 0 0 0 
2 1 4 3 2      0 0 0 0 0      0 0 0 0 0 
6 9 1 6 4      0 3 0 2 0      0 0 0 0 0 

在前13次爆炸之后,我们使用启发式方法通过3次爆炸消除3 0 2。现在,我们有两个新的角,在第四行{2,1}。我们炸了那些,再炸3次。我们现在已经将矩阵化简为4 * 4。有一个角落,左上角。我们搞砸了。现在我们还有两个角,{5,3}。因为5是最大的角,我们首先轰炸5个角,然后最后轰炸另一个角的3。总数是13+3+3+1+5+3 = 28。