نظرا لشبكة 2D من الحجم ن * ن حيث تمثل كل خلية تكلفة اجتياز تلك الخلية، وتتمثل المهمة في العثور على الحد الأدنى من التكلفة للانتقال من أعلى اليسار الخلية إلى أسفل اليمين خلية. من خلية معينة يمكننا التحرك فيها 4 اتجاهات : اليسار واليمين لأعلى ولأسفل.
ملحوظة: من المفترض أن دورات التكلفة السلبية غير موجودة في مصفوفة المدخلات.
أونكليك شبيبة
مثال:
مدخل: الشبكة = {{9 4 9 9}
{6 7 6 4}
{8 3 3 7}
{7 4 9 10}}
الإخراج: 43
توضيح: الحد الأدنى لمسار التكلفة هو 9 + 4 + 7 + 3 + 3 + 7 + 10.
يقترب:
الفكرة هي الاستخدام Dijkstra's algorithm للعثور على الحد الأدنى لمسار التكلفة من خلال الشبكة. يتعامل هذا الأسلوب مع الشبكة كرسم بياني حيث تكون كل خلية عبارة عن عقدة وتستكشف الخوارزمية ديناميكيًا المسار الأكثر فعالية من حيث التكلفة إلى الخلية السفلية اليمنى من خلال توسيع المسارات الأقل تكلفة أولاً دائمًا.
نهج خطوة بخطوة:
- استخدم الكومة الصغيرة لمعالجة المسار الأقل تكلفة دائمًا أولاً ودفع الخلية العلوية اليسرى إليه.
- قم بتهيئة مصفوفة التكلفة بقيم قصوى تحدد تكلفة خلية البداية على قيمة الشبكة الخاصة بها.
- لكل خلية، تحقق من جميع الخلايا الأربع المجاورة
- إذا تم العثور على مسار بتكلفة أقل، فقم بتحديث تكلفة الخلية ودفعها إلى الكومة.
- قم بإرجاع الحد الأدنى للتكلفة للوصول إلى الخلية اليمنى السفلية.
وفيما يلي تنفيذ النهج المذكور أعلاه:
C++// C++ program to find minimum Cost Path with // Left Right Bottom and Up moves allowed #include using namespace std; // Function to check if cell is valid. bool isValidCell(int i int j int n) { return i>=0 && i<n && j>=0 && j<n; } int minimumCostPath(vector<vector<int>> &grid) { int n = grid.size(); // Min heap to implement dijkstra priority_queue<vector<int> vector<vector<int>> greater<vector<int>>> pq; // 2d grid to store minimum cost // to reach every cell. vector<vector<int>> cost(n vector<int>(n INT_MAX)); cost[0][0] = grid[0][0]; // Direction vector to move in 4 directions vector<vector<int>> dir = {{-10} {10} {0-1} {01}}; pq.push({grid[0][0] 0 0}); while (!pq.empty()) { vector<int> top = pq.top(); pq.pop(); int c = top[0] i = top[1] j = top[2]; // Check for all 4 neighbouring cells. for (auto d: dir) { int x = i + d[0]; int y = j + d[1]; // If cell is valid and cost to reach this cell // from current cell is less if (isValidCell(x y n) && cost[i][j]+grid[x][y]<cost[x][y]) { // Update cost to reach this cell. cost[x][y] = cost[i][j]+grid[x][y]; // Push the cell into heap. pq.push({cost[x][y] x y}); } } } // Return minimum cost to // reach bottom right cell. return cost[n-1][n-1]; } int main() { vector<vector<int>> grid = {{9499}{6764}{8337}{74910}}; cout << minimumCostPath(grid) << endl; return 0; }
Java // Java program to find minimum Cost Path with // Left Right Bottom and Up moves allowed import java.util.PriorityQueue; import java.util.Arrays; class GfG { // Function to check if cell is valid. static boolean isValidCell(int i int j int n) { return i >= 0 && i < n && j >= 0 && j < n; } static int minimumCostPath(int[][] grid) { int n = grid.length; // Min heap to implement Dijkstra PriorityQueue<int[]> pq = new PriorityQueue<>((a b) -> Integer.compare(a[0] b[0])); // 2D grid to store minimum cost // to reach every cell. int[][] cost = new int[n][n]; for (int[] row : cost) { Arrays.fill(row Integer.MAX_VALUE); } cost[0][0] = grid[0][0]; // Direction vector to move in 4 directions int[][] dir = {{-1 0} {1 0} {0 -1} {0 1}}; pq.offer(new int[]{grid[0][0] 0 0}); while (!pq.isEmpty()) { int[] top = pq.poll(); int c = top[0] i = top[1] j = top[2]; // Check for all 4 neighbouring cells. for (int[] d : dir) { int x = i + d[0]; int y = j + d[1]; // If cell is valid and cost to reach this cell // from current cell is less if (isValidCell(x y n) && cost[i][j] + grid[x][y] < cost[x][y]) { // Update cost to reach this cell. cost[x][y] = cost[i][j] + grid[x][y]; // Push the cell into heap. pq.offer(new int[]{cost[x][y] x y}); } } } // Return minimum cost to // reach bottom right cell. return cost[n - 1][n - 1]; } public static void main(String[] args) { int[][] grid = { {9 4 9 9} {6 7 6 4} {8 3 3 7} {7 4 9 10} }; System.out.println(minimumCostPath(grid)); } }
Python # Python program to find minimum Cost Path with # Left Right Bottom and Up moves allowed import heapq # Function to check if cell is valid. def isValidCell(i j n): return i >= 0 and i < n and j >= 0 and j < n def minimumCostPath(grid): n = len(grid) # Min heap to implement Dijkstra pq = [] # 2D grid to store minimum cost # to reach every cell. cost = [[float('inf')] * n for _ in range(n)] cost[0][0] = grid[0][0] # Direction vector to move in 4 directions dir = [[-1 0] [1 0] [0 -1] [0 1]] heapq.heappush(pq [grid[0][0] 0 0]) while pq: c i j = heapq.heappop(pq) # Check for all 4 neighbouring cells. for d in dir: x y = i + d[0] j + d[1] # If cell is valid and cost to reach this cell # from current cell is less if isValidCell(x y n) and cost[i][j] + grid[x][y] < cost[x][y]: # Update cost to reach this cell. cost[x][y] = cost[i][j] + grid[x][y] # Push the cell into heap. heapq.heappush(pq [cost[x][y] x y]) # Return minimum cost to # reach bottom right cell. return cost[n - 1][n - 1] if __name__ == '__main__': grid = [ [9 4 9 9] [6 7 6 4] [8 3 3 7] [7 4 9 10] ] print(minimumCostPath(grid))
C# // C# program to find minimum Cost Path with // Left Right Bottom and Up moves allowed using System; using System.Collections.Generic; class GfG { // Function to check if cell is valid. static bool isValidCell(int i int j int n) { return i >= 0 && i < n && j >= 0 && j < n; } static int minimumCostPath(int[][] grid) { int n = grid.Length; // Min heap to implement Dijkstra var pq = new SortedSet<(int cost int x int y)>(); // 2D grid to store minimum cost // to reach every cell. int[][] cost = new int[n][]; for (int i = 0; i < n; i++) { cost[i] = new int[n]; Array.Fill(cost[i] int.MaxValue); } cost[0][0] = grid[0][0]; // Direction vector to move in 4 directions int[][] dir = { new int[] {-1 0} new int[] {1 0} new int[] {0 -1} new int[] {0 1} }; pq.Add((grid[0][0] 0 0)); while (pq.Count > 0) { var top = pq.Min; pq.Remove(top); int i = top.x j = top.y; // Check for all 4 neighbouring cells. foreach (var d in dir) { int x = i + d[0]; int y = j + d[1]; // If cell is valid and cost to reach this cell // from current cell is less if (isValidCell(x y n) && cost[i][j] + grid[x][y] < cost[x][y]) { // Update cost to reach this cell. cost[x][y] = cost[i][j] + grid[x][y]; // Push the cell into heap. pq.Add((cost[x][y] x y)); } } } // Return minimum cost to // reach bottom right cell. return cost[n - 1][n - 1]; } static void Main(string[] args) { int[][] grid = new int[][] { new int[] {9 4 9 9} new int[] {6 7 6 4} new int[] {8 3 3 7} new int[] {7 4 9 10} }; Console.WriteLine(minimumCostPath(grid)); } }
JavaScript // JavaScript program to find minimum Cost Path with // Left Right Bottom and Up moves allowed function comparator(a b) { if (a[0] > b[0]) return -1; if (a[0] < b[0]) return 1; return 0; } class PriorityQueue { constructor(compare) { this.heap = []; this.compare = compare; } enqueue(value) { this.heap.push(value); this.bubbleUp(); } bubbleUp() { let index = this.heap.length - 1; while (index > 0) { let element = this.heap[index] parentIndex = Math.floor((index - 1) / 2) parent = this.heap[parentIndex]; if (this.compare(element parent) < 0) break; this.heap[index] = parent; this.heap[parentIndex] = element; index = parentIndex; } } dequeue() { let max = this.heap[0]; let end = this.heap.pop(); if (this.heap.length > 0) { this.heap[0] = end; this.sinkDown(0); } return max; } sinkDown(index) { let left = 2 * index + 1 right = 2 * index + 2 largest = index; if ( left < this.heap.length && this.compare(this.heap[left] this.heap[largest]) > 0 ) { largest = left; } if ( right < this.heap.length && this.compare(this.heap[right] this.heap[largest]) > 0 ) { largest = right; } if (largest !== index) { [this.heap[largest] this.heap[index]] = [ this.heap[index] this.heap[largest] ]; this.sinkDown(largest); } } isEmpty() { return this.heap.length === 0; } } // Function to check if cell is valid. function isValidCell(i j n) { return i >= 0 && i < n && j >= 0 && j < n; } function minimumCostPath(grid) { let n = grid.length; // Min heap to implement Dijkstra const pq = new PriorityQueue(comparator) // 2D grid to store minimum cost // to reach every cell. let cost = Array.from({ length: n } () => Array(n).fill(Infinity)); cost[0][0] = grid[0][0]; // Direction vector to move in 4 directions let dir = [[-1 0] [1 0] [0 -1] [0 1]]; pq.enqueue([grid[0][0] 0 0]); while (!pq.isEmpty()) { let [c i j] = pq.dequeue(); // Check for all 4 neighbouring cells. for (let d of dir) { let x = i + d[0]; let y = j + d[1]; // If cell is valid and cost to reach this cell // from current cell is less if (isValidCell(x y n) && cost[i][j] + grid[x][y] < cost[x][y]) { // Update cost to reach this cell. cost[x][y] = cost[i][j] + grid[x][y]; // Push the cell into heap. pq.enqueue([cost[x][y] x y]); } } } // Return minimum cost to // reach bottom right cell. return cost[n - 1][n - 1]; } let grid = [ [9 4 9 9] [6 7 6 4] [8 3 3 7] [7 4 9 10] ]; console.log(minimumCostPath(grid));
الإخراج
43
تعقيد الوقت: يا (ن ^ 2 سجل (ن ^ 2))
المساحة المساعدة: يا (ن ^ 2 سجل (ن ^ 2))
لماذا لا يمكن استخدام البرمجة الديناميكية؟
الفول السوداني مقابل الفول السوداني
تفشل البرمجة الديناميكية هنا لأن السماح بالحركة في الاتجاهات الأربعة يخلق دورات حيث يمكن إعادة النظر في الخلايا مما يؤدي إلى كسر افتراض البنية التحتية الأمثل. وهذا يعني أن تكلفة الوصول إلى خلية من خلية معينة ليست ثابتة ولكنها تعتمد على المسار بأكمله.
مقالات ذات صلة:
مسار التكلفة الدنيا
إنشاء اختبار