BFS:Floodfill算法

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作者
猴君
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Floodfill,翻译为洪水灌溉,而floodfill算法本质上是为了解决在矩阵中性质相同的联通块问题。

 一、图像渲染

. - 力扣(LeetCode)

        与dfs一样,从指定的起点开始向四个方向扩展,区别就是用之前通过参数将下标关系传递给dfs,而现在是将下标关系的键值对传给queue。

class Solution { public:  //定义4个方向     int dx[4]={0,0,1,-1};     int dy[4]={1,-1,0,0};     typedef pair<int,int> PII;     vector<vector<int>> floodFill(vector<vector<int>>& image, int sr, int sc, int color)      {       //采用BFS算法解决floodfill算法,  解决相同性质的矩阵联通块问题        int prev=image[sr][sc];        if(prev==color) return image;        int m=image.size(),n=image[0].size();        queue<PII> q;//队列        q.emplace(sr,sc);        while(!q.empty())        {          //先修改当前位置          auto [a,b]=q.front();//c++14的玩法          q.pop();          image[a][b]=color;//修改成color          for(int k=0;k<4;++k)           {             int x=dx[k]+a,y=dy[k]+b;             if(x>=0&&x<m&&y>=0&&y<n&& image[x][y]==prev)                  q.emplace(x,y);          }        }        return image;     } };

 二、岛屿数量

. - 力扣(LeetCode)

 

  1.  因为要计算岛屿的数量,所以我们每进行一次bfs就要统计一下该岛屿,因为我们可以将bfs单独封装成一个函数。

  2.在扩展的时候,我们需要标记我们扩展过的网格,这里有两种方案:

(1)修改值,但是修改值会改变原数据,必须要想办法修改回来。

(2)标记数组(常用),相同大小的标记数组,将探索过的网格标记为true

class Solution { public:     int dx[4]={1,-1,0,0};     int dy[4]={0,0,1,-1};     typedef pair<int,int> PII;     int m,n;//因为要单独封装一个BFS     bool check[301][301];//标记数组 看看哪些点是选过的      int numIslands(vector<vector<char>>& grid) {         //ret统计一共有多少个联通块         int ret=0;         //直接修改原数组的话 可能会有问题         m=grid.size();         n=grid[0].size();         for(int i=0;i<m;++i)           for(int j=0;j<n;++j)              if(grid[i][j]=='1'&&check[i][j]==false)               {                 ++ret;                 bfs(grid,i,j);              }        return ret;     }     void bfs(vector<vector<char>>& grid,int i,int j)     {         queue<PII> q;//队列统计下标实现BFS         q.emplace(i,j);         check[i][j]=true;         while(!q.empty())         {             auto [a,b]=q.front();             q.pop();             for(int k=0;k<4;++k)             {                 int x=dx[k]+a,y=dy[k]+b;                 if(x>=0&&x<m&&y>=0&&y<n&&grid[x][y]=='1'&&check[x][y]==false)                 {                    q.emplace(x,y);                    check[x][y]=true;                 }             }         }      } };

三、岛屿的最大面积

. - 力扣(LeetCode)

         我们需要统计每个岛屿的大小,所以我们可以将bfs单独封装成一个函数,然后利用他的返回值返回岛屿的大小,在主函数中去更新找到最大值。 

class Solution { public:     int dx[4]={1,-1,0,0};     int dy[4]={0,0,1,-1};     typedef pair<int,int> PII;     int m,n;//因为要单独封装一个BFS     bool check[50][50];//标记数组 看看哪些点是选过的     int maxAreaOfIsland(vector<vector<int>>& grid)      {         int ret=0;//统计最大岛屿数量         m=grid.size(),n=grid[0].size();         for(int i=0;i<m;++i)           for(int j=0;j<n;++j)              if(grid[i][j]==1&&check[i][j]==false)                  ret=max(bfs(grid,i,j),ret);             return ret;     }     int bfs(vector<vector<int>>& grid,int i,int j)     {         queue<PII> q;         q.emplace(i,j);         check[i][j]=true;         int count=1;         while(!q.empty())         {             auto [a,b]=q.front();             q.pop();             for(int k=0;k<4;++k)             {                 int x=dx[k]+a,y=dy[k]+b;                 if(x>=0&&x<m&&y>=0&&y<n&&grid[x][y]==1&&check[x][y]==false)                   {                     check[x][y]=true;                     q.emplace(x,y);                     ++count;                   }             }         }         return count;     } };

 四、被围绕的区域

. - 力扣(LeetCode)

        如果直接做的话,我们会发现如果我们处理一个区域的时候一旦触碰到边界,那么就全部需要回头。或者说得先遍历一遍,确认这个联通块没有触碰边界,然后再遍历一次去标记,这样显然效率是很低的。因此我们的解决方案就是正难则反。 

(1)先从边界走一波bfs,将O全部修改成 .

(2)然后遍历矩阵(遍历矩阵的时候可以顺便还原,所以这个地方我们就不需要设置标记数组),将剩下的O修改成X,然后将.还原成O。

class Solution { public:     const int dx[4]={1,-1,0,0};     const int dy[4]={0,0,1,-1};     typedef pair<int,int> PII;     int m,n;//因为要单独封装一个BFS     void solve(vector<vector<char>>& board) {       m=board.size(),n=board[0].size();       //先处理第一行和最后一行       for(int j=0;j<n;++j)       {         if(board[0][j]=='O') bfs(board,0,j);         if(board[m-1][j]=='O') bfs(board,m-1,j);       }       //处理第一列和最后一列       for(int i=0;i<m;++i)       {         if(board[i][0]=='O') bfs(board,i,0);         if(board[i][n-1]=='O') bfs(board,i,n-1);       }       //进行复原       for(int i=0;i<m;++i)        for(int j=0;j<n;++j)          if(board[i][j]=='O') board[i][j]='X';           else if(board[i][j]=='.') board[i][j]='O';     }     void bfs(vector<vector<char>>& board,int i,int j)     {         queue<PII> q;         q.emplace(i,j);         board[i][j]='.';         while(!q.empty())         {             auto [a,b]=q.front();             q.pop();             for(int k=0;k<4;++k)              {                 int x=dx[k]+a,y=dy[k]+b;                 if(x>=0&&x<m&&y>=0&&y<n&&board[x][y]=='O')                   {                     q.emplace(x,y);                     board[x][y]='.';                   }             }         }     } };

五、太平洋大西洋水流问题

. - 力扣(LeetCode)

        如果我们直接做的话,显然需要需要遍历矩阵,然后每遍历一个点就要判断该点是否可以同时流向太平洋和大西洋,显然这样是十分麻烦的。因此我们的思路就是正难则反。

 (1)从矩阵的边界开始逆推(从低往高处流)

(2)用两个标记数组进行标记,一个标记表示可以流向太平洋,另一个标记可以流向大西洋,最后我们将两个标记数组都标记过的坐标进行统计并返回即可。

class Solution { public:     const int dx[4]={0,0,-1,1};     const int dy[4]={1,-1,0,0};     int m,n;     vector<vector<int>> pacificAtlantic(vector<vector<int>>& h)      {        //正难则反  用两个标记数组,用边界去往中间走,将能走的位置给标记了        //最后两个标记数组都被标记的地方就是我们最终的结果        m=h.size(),n=h[0].size();        //定义两个标记数组        vector<vector<bool>> atl(m,vector<bool>(n));        auto pac=atl;        //先探索行        for(int i=0;i<m;++i)         {         bfs(h,i,0,pac);         bfs(h,i,n-1,atl);        }        //探索列         for(int j=0;j<n;++j)         {         bfs(h,0,j,pac);         bfs(h,m-1,j,atl);        }        //遍历一下 如果标记数组都存在,就返回结果        vector<vector<int>> ret;        for(int i=0;i<m;++i)          for(int j=0;j<n;++j)            if(pac[i][j]&&atl[i][j])              ret.push_back({i,j});        return ret;     }      void bfs(vector<vector<int>>& h,int i,int j,vector<vector<bool>>&vis)     {         queue<pair<int,int>> q;         q.emplace(i,j);         vis[i][j]=true;         while(!q.empty())         {             auto [a,b]=q.front();             q.pop();             for(int k=0;k<4;++k)              {                 int x=dx[k]+a,y=dy[k]+b;                 if(x>=0&&x<m&&y>=0&&y<n&&h[x][y]>=h[a][b]&&vis[x][y]==false)                   {                     q.emplace(x,y);                     vis[x][y]=true;                   }              }         }     } };

 六、扫雷游戏(重点)

. - 力扣(LeetCode)

         这题用dfs不需要标记数组,而用bfs需要用到标记数组,因为深度优先会将一个方格能扩展的都给扩展了,此时都在数组中会进行修改,但是广度优先是先把要扩展的全都丢进队列,然后再一个个处理,所以bfs需要一个标记数组来帮助我们。 

class Solution { public:     int dx[8]={0,0,1,-1,1,1,-1,-1};     int dy[8]={1,-1,0,0,1,-1,1,-1}; //周围的八个方向     int m,n;     vector<vector<char>> updateBoard(vector<vector<char>>& board, vector<int>& click) {        m=board.size(),n=board[0].size();        int x=click[0],y=click[1];        if(board[x][y]=='M') board[x][y]='X';        else bfs(board,x,y);//不是雷,就向外扩展        return board;     }     void bfs(vector<vector<char>>& board,int i,int j)     {       queue<pair<int,int>> q;       vector<vector<bool>> vis(m,vector<bool>(n));//标记数组       q.emplace(i,j);       vis[i][j]=true;       while(!q.empty())       {         auto[a,b]=q.front();         q.pop();         int count=0;//数雷         for(int k=0;k<8;++k)         {             int x=dx[k]+a,y=dy[k]+b;             if(x>=0&&x<m&&y>=0&&y<n&&board[x][y]=='M') ++count;         }         if(count) board[a][b]='0'+count;         else         {             //如果是B的话,需要将相邻的都丢到队列中             board[a][b]='B';             for(int k=0;k<8;++k)             {             int x=dx[k]+a,y=dy[k]+b;             if(x>=0&&x<m&&y>=0&&y<n&&board[x][y]=='E'&&vis[x][y]==false)              {                 q.emplace(x,y);                 vis[x][y]=true;             }           }         }       }     } };

七、衣柜整理

. - 力扣(LeetCode)

class Solution { public:     const int dx[2]={1,0};     const int dy[2]={0,1};     bool vis[100][100];     int m,n,cnt;     int wardrobeFinishing(int _m, int _n, int _cnt) {         m=_m,n=_n,cnt=_cnt;         int ret=0;//统计需要整理的格子         queue<pair<int,int>> q;         q.emplace(0,0);         vis[0][0]=true;         while(!q.empty())         {             auto[a,b]=q.front();             q.pop();             ++ret;             for(int k=0;k<2;++k)             {                 int x=dx[k]+a,y=dy[k]+b;                 if(x<m&&y<n&&vis[x][y]==false&&check(x,y))                   {                     q.emplace(x,y);                     vis[x][y]=true;                  }             }         }         return ret;     }     //检查这个格子能否整理     bool check(int i,int j)     {         int temp=0;         while(i)         {             temp+=(i%10);             i/=10;         }          while(j)         {             temp+=(j%10);             j/=10;         }         return temp<=cnt;     } };

 

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