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深入探讨POJ 2312 Battle City 优先队列+BFS
摘要:相信坦克大战大家都玩过吧,本题就是根据这个游戏设计的。坦克要从起点(Y),到目的地(T),坦克不能通过钢墙(S),河(R),可以在空地在行走...

相信坦克大战大家都玩过吧,本题就是根据这个游戏设计的。坦克要从起点(Y),到目的地(T),坦克不能通过钢墙(S),河(R),可以在空地在行走(E),射击破坏砖墙(B),射击砖墙时不行走且花费一个单位的时间,在空地上行走时也花费一个单位的时间。求坦克从起点到目的地最少花多少时间,不可达输出-1;

很好的一道搜索题。因为考虑到通过砖墙时和空地所花的时间不同,所以不能使用一般的BFS广搜来做。用DFS深搜,你会发现时间复杂非常高,必然会超时(最大是300*300的图)。本题可以使用改进过的广搜或优先队列+bfs 或 记忆化广搜三种方法来解决。

第一种方法:改进过的BFS:

有些节点需要耗费2个单位时间,要想用BFS就得改一下,由于BFS每次只能操作一步,要不就是扩展,要不就是破坏砖墙。所以只需检查该点是不是'B',是的话就得停一步,不是的话,继续扩展,也就是说某些点的扩展慢了一拍,所以从队列里出来的点就判断一下再看执行哪个操作。

从这道题,我也对bfs有了更深的理解,“bfs之所以能最快找到最优解,就是因为它每次操作一步(这里的操作一步,很灵活,例如题目中的破坏砖墙),而while()里面的语句就是一次操作了!”

复制代码 代码如下:

/*

这道题中B点需要操作两步,所以遇到B点后不能+2后直接压进队列,需要在原地停一下,不能扩展到其他点,相当于他只能扩展到自身,所以就把自身压进队列里map[x][y]='E'是因为破坏砖墙一次就够了,不然下次,还是'B',不断压进队列,不断在原地停留

平常一般是考虑“入队列” 的点,这次要考虑“出队列” 的点是否满足条件!

*/

#include "iostream"

#include "queue"

using namespace std;

char map[301][301];

bool visit[301][301];

int dir[4][2]={{1,0},{-1,0},{0,1},{0,-1}};

int m,n,sx,sy;

struct node

{

int x,y,time;

};

int bfs()

{

int i;

node you,start,next;

queue<node>q;

you.x=sx;

you.y=sy;

you.time=0;

q.push(you);

visit[sx][sy]=1;

while(!q.empty())

{

start=q.front();

q.pop();

if(map[start.x][start.y]=='B') //这一步需要停一停

{

start.time++;

map[start.x][start.y]='E';

q.push(start);

}

else

{

for(i=0;i<4;i++)

{

next.x=start.x+dir[i][0]; //搜索下一个点

next.y=start.y+dir[i][1];

if(next.x<0 || next.y<0 || next.x>=m || next.y>=n || map[next.x][next.y]=='R' || map[next.x][next.y]=='S' || visit[next.x][next.y]) //判断下一个点是否合法

continue;

next.time=start.time+1;

if(map[next.x][next.y]=='T') //到达目的地

return next.time;

visit[next.x][next.y]=1; //标记已经走过的点

q.push(next);

}

}

}

return -1;

}

int main(void)

{

int i,j;

while(scanf("%d %d",&m,&n)==2)

{

if(m==0 && n==0)

break;

memset(visit,0,sizeof(visit)); //初始化每个节点的状态

for(i=0;i<m;i++)

{

getchar();

for(j=0;j<n;j++)

{

scanf("%c",&map[i][j]);

if(map[i][j]=='Y') //记录起始点

{

sx=i;

sy=j;

}

}

}

printf("%dn",bfs());

}

system("pause");

return 0;

}

第二种方法:优先队列+BFS法

也是用到了广搜的思想,只是在出队时做了处理,利用优先队列让队列中到起点的时间值最小的点先出队。该方法会用到优先队列的STL。

首先需要了解优先队列的使用规则:

优先队列中元素的比较规则默认是按元素的值从大到小排序的,就是说队列中最大的元素总是位于队首,所以出队时,并非按先进先出的原则进行,而是将当前队列中最大的元素出队。这点类似于给队列里的元素进行了从大到小的排序。当然,可以通过重载“<”操作符来重新定义比较规则。

重载“<”操作符的函数可以写在结构体里面,也可以写在结构体外面,写在结构体外面的时候,记得函数的参数要使用引用。。

第一种重载方法:

复制代码 代码如下:

struct node

{

int x,y;

int step;

};

priority_queue<node>q; //优先队列中元素的比较规则默认是按元素的值从大到小排序;

bool operator<(const node &a,const node &b) //括号里面是const 而且还必须是引用

{

return a.step>b.step; //从小到大排序。重载小于号。因为默认是从大到小

}

第二种重载方法:

复制代码 代码如下:

struct node

{

int x,y;

int time; //定义一个优先队列

friend bool operator<(node a, node b)

{ //从小到大排序采用“>”号;如果要从大到小排序,则采用“<”号

return a.time> b.time; //从小到大排序

}

};

priority_queue<node>q; //优先队列中元素的比较规则默认是按元素的值从大到小排序;

切记:从小到大排序采用“>”号;如果要从大到小排序,则采用“<”号;

复制代码 代码如下:

/*

优先队列的实现就不用局限每次操作一步了,但每次都取最小操作次数的步来走

*/

#include "iostream"

#include "queue"

using namespace std;

char map[301][301];

bool visit[301][301];

int dir[4][2]={{1,0},{-1,0},{0,1},{0,-1}};

int m,n,sx,sy;

struct node

{

int x,y,time; //定义一个优先队列

friend bool operator<(node a, node b)

{

return a.time> b.time; //从小到大排序

}

};

int bfs()

{

int i;

node you,start,next;

priority_queue<node>q;

you.x=sx;

you.y=sy;

you.time=0;

q.push(you);

visit[sx][sy]=1;

while(!q.empty())

{

start=q.top(); //取队头指针与普通队列不同(Q.front)

q.pop();

for(i=0;i<4;i++)

{

next.x=start.x+dir[i][0]; //搜索下一个点

next.y=start.y+dir[i][1];

if(next.x<0 || next.y<0 || next.x>=m || next.y>=n || map[next.x][next.y]=='R' || map[next.x][next.y]=='S' || visit[next.x][next.y]) //判断下一个点是否合法

continue;

if(map[next.x][next.y]=='B') //注意此处不要马虎

next.time=start.time+2;

else

next.time=start.time+1;

if(map[next.x][next.y]=='T') //到达目的地

return next.time;

visit[next.x][next.y]=1; //标记已经走过的点

q.push(next);

}

}

return -1;

}

int main(void)

{

int i,j;

while(scanf("%d %d",&m,&n)==2)

{

if(m==0 && n==0)

break;

memset(visit,0,sizeof(visit)); //初始化每个节点的状态

for(i=0;i<m;i++)

{

getchar();

for(j=0;j<n;j++)

{

scanf("%c",&map[i][j]);

if(map[i][j]=='Y') //记录起始点

{

sx=i;

sy=j;

}

}

}

printf("%dn",bfs());

}

system("pause");

return 0;

}

第三种方法:记忆化广搜

和优先队列BFS在出队时做处理不同的是,记忆化广搜是在点入队是做处理。记忆化广搜时不必要对点进行标记,只是在入队是注意选择。比如若搜到A点时,要选择比A点时间值大的邻接点入队(不能相等),并更新入队点的时间值。

复制代码 代码如下:

#include<string.h>

#include<iostream>

#include<queue>

using namespace std;

int co,ro,mi,step[305][305];

char map[305][305],visited[305][305];

int dir[4][2]={{0,1},{0,-1},{1,0},{-1,0}};

typedef struct node

{

int x;

int y;

int time;

}node;

bool judge(int x,int y)

{

if(x<0||y<0||x>=co||y>=ro)

{

return false;

}

if(map[x][y]=='S'||map[x][y]=='R')

{

return false;

}

return true;

}

void bfs(int a,int b)

{

int i,x,y,ti;

node in,out;

queue<node>que;

in.x=a;

in.y=b;

step[a][b]=0;

que.push(in);

while(!que.empty())

{

out=que.front();

que.pop();

visited[out.x][out.y]=0;

for(i=0;i<4;i++)

{

x=out.x+dir[i][0];

y=out.y+dir[i][1];

if(!judge(x,y))

continue;

ti=step[out.x][out.y]+1;

if(map[x][y]=='B')

ti++;

if(step[x][y]<=ti)

continue;

step[x][y]=ti;

if(visited[x][y])

continue;

visited[x][y]=1;

in.x=x;

in.y=y;

que.push(in);

}

}

}

int main()

{

int i,j,a,b,c,d;

while(scanf("%d %d",&co,&ro),co+ro)

{

getchar();

for(i=0;i<co;i++)

gets(map[i]);

for(i=0;i<co;i++)

for(j=0;j<ro;j++)

{

if(map[i][j]=='Y')

{

a=i;

b=j;

}

if(map[i][j]=='T')

{

c=i;

d=j;

}

step[i][j]=999999;

}

memset(visited,0,sizeof(visited));

visited[a][b]=1;

bfs(a,b);

if(step[c][d]!=999999)

printf("%dn",step[c][d]);

else

printf("-1n");

}

return 0;

}

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