二维数组需要移动多少次可以使一列全为 1
这个是最近看到的一道题,题目有些长,我这里把题目的背景省略掉了,只是写题目需要我们求解什么, 以及我们应该如何求解它。
题目的意思是这样的:
说有一个由 0 和 1 组成的二维数组,每一行都有至少一个 1。每一行可以左右移动,现在问我们最少需要 移动几次可以使数组中的一列全为 1。
为了方便理解,我们在这里举个例子。如下列的二维数组:
1 0 0 0
0 0 0 1
1 0 0 0
为了让数组中的一列全为 1,我们可以把第二行向左移动 3 格,变成这样:
1 0 0 0
0 0 0 1
1 0 0 0
然后我们也可以证明,3 也是能够满足题意所需的最少移动的步数。
为了解决这个问题,我们可以利用动态规划的方法去求解。我们复习一下,动态规划方法有两个元素,一个是 数组,用来存放所有解决问题的局部解;另一个是公式,用来填满整个数组。现在,我们先来定义这个数组。
我们采用求什么就定义什么的方法,我们现在求解二维数组 a[m][n] 需要移动多少次可以使一列全为 1,那么如果我们 把每一列为 1 所需要移动的最少次数求出来,那么它们之中的最小值就是我们的答案;现在问题转化为如何 求解每一列为 1 所需要移动的最少次数。我们想一下,如果我们对于数组中的任意一个元素 a[i][j],我们 可以知道它为 1 所需要移动的最少次数 s[i][j],那么对于第 j 列来说,我们只需要将 s[0][j] ~ s[m-1][j] 的所有元素相加就可以得到每一列为 1 所需要移动的最少次数,从而将题目解决。所以我们第一步就是定义一个 和原二维数组一样大的数组 s[m][n]。
好,现在我们数组定义好了,接下来,我们来思考如何把这个数组填满。这个问题可以分为两种情况讨论,第一 种情况,当 a[i][j] == 1 时,因为 s[i][j] 为 a[i][j] 为 1 的最小移动次数,所以 s[i][j] 为 0;第二种 情况,当 a[i][j] != 1 时,此时 s[i][j] 就应该等于它左边的一个数加上 1,即 s[i][j-1] + 1。第二种情况是 s[i][j] 和 s[i][j-1] 的关系,所以我们首先需要求出第一列的值,保证无论是第一种情况还是第二种情况,都 可以填充上具体的值。对于第一列的值,如果 a[i][j] == 1,那么 s[i][j] = 0;反之,s[i][j] = MAX(MAX 代表 一个不可达的最大值,我们在这里可以将 MAX 赋值为 n,即原数组的列宽)。这样我们就可以将 s[m][n] 填满了。 但是,这样做显然得不到最优的结果,因为还存在这样一种情况,即如果存在一行,a[i][0] ~ a[i][n-2] 都 是 0,那么 s[i][0] ~ s[i][n-2] 的值就是 MAX ~ MAX+n-2;a[i][n-1] 是 1,则 s[i][n-1] 的值为 0。此时显然 s[i][0] ~ s[i][n-2] 都是可以为 1 的,所以需要从右到左修正一下,修正的结果为从 s[i][0] ~ s[i][n-2] 的值依次 为 n-1 ~ 1。所以,每当我们从左到右计算完一行之后,我们都需要从右到左再检查一下,检查的逻辑为,当 s[i][j] > s[i][j+1] + 1 时, s[i][j] = s[i][j+1] + 1。
当我们把整个 s[m][n] 填写完成之后,我们将每列的值相加,然后从中取最小值即可。这样,我们就可以把整个问题 解决了。接下来,我们给出 C 语言的实现代码:
#define MAX 1000
int GetMinMovesNum(int **a, int size, int *aColSize)
{
int colSize = aColSize[0];
int s[size][colSize];
int i, j;
int min, res;
for (i = 0; i < colSize; i++) {
if (a[0][i] == 1) {
s[0][i] = 0;
continue;
}
s[0][i] = MAX;
}
for (i = 0; i < size; i++) {
for (j = 1; j < colSize; j++) {
if (a[i][j] == 1) {
s[i][j] = 0;
continue;
}
s[i][j] = s[i][j-1] + 1;
}
for (j = colSize - 2; j >= 0; j--) {
if (s[i][j] > s[i][j+1] + 1) {
s[i][j] = s[i][j+1] + 1;
}
}
}
min = MAX * MAX;
res = 0;
for (j = 0; j < colSize; j++) {
for (i = 0; i < size; i++) {
res += s[i][j];
}
if (min > res) {
min = res;
}
}
return min;
}
以上。