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1263. 推箱子
难度困难105
「推箱子」是一款风靡全球的益智小游戏,玩家需要将箱子推到仓库中的目标位置。
游戏地图用大小为 m x n
的网格 grid
表示,其中每个元素可以是墙、地板或者是箱子。
现在你将作为玩家参与游戏,按规则将箱子 'B'
移动到目标位置 'T'
:
- 玩家用字符
'S'
表示,只要他在地板上,就可以在网格中向上、下、左、右四个方向移动。 - 地板用字符
'.'
表示,意味着可以自由行走。 - 墙用字符
'#'
表示,意味着障碍物,不能通行。 - 箱子仅有一个,用字符
'B'
表示。相应地,网格上有一个目标位置'T'
。 - 玩家需要站在箱子旁边,然后沿着箱子的方向进行移动,此时箱子会被移动到相邻的地板单元格。记作一次「推动」。
- 玩家无法越过箱子。
返回将箱子推到目标位置的最小 推动 次数,如果无法做到,请返回 -1
。
示例 1:
输入:grid = [["#","#","#","#","#","#"],["#","T","#","#","#","#"],["#",".",".","B",".","#"],["#",".","#","#",".","#"],["#",".",".",".","S","#"],["#","#","#","#","#","#"]]
输出:3
解释:我们只需要返回推箱子的次数。
示例 2:
输入:grid = [["#","#","#","#","#","#"],["#","T","#","#","#","#"],["#",".",".","B",".","#"],["#","#","#","#",".","#"],["#",".",".",".","S","#"],["#","#","#","#","#","#"]]
输出:-1
示例 3:
输入:grid = [["#","#","#","#","#","#"],["#","T",".",".","#","#"],["#",".","#","B",".","#"],["#",".",".",".",".","#"],["#",".",".",".","S","#"],["#","#","#","#","#","#"]]
输出:5
解释:向下、向左、向左、向上再向上。
提示:
m == grid.length
n == grid[i].length
1 <= m, n <= 20
grid
仅包含字符'.'
,'#'
,'S'
,'T'
, 以及'B'
。grid
中'S'
,'B'
和'T'
各只能出现一个。
题解:https://leetcode.cn/problems/minimum-moves-to-move-a-box-to-their-target-location/solution/tong-su-yi-dong-dai-ma-dai-zhu-shi-java-mi4f6/
试想一下,如果箱子可以自己移动(见鬼),这道题目你会做吗?
这不就变成了一个简单的BFS吗?之所以用BFS而不是DFS,是因为使用BFS(层次化版本)可以一层一层向外扩展,从而轻易得到“最短移动步数”。
再思考,如果加入“箱子需要人从背后推动”的条件,会带来什么不同呢?
箱子的移动受到了限制——只有人可以到达箱子的背后时,箱子才能在这个特定方向进行移动。至于“人是否可以到达箱子的背后”,这个子问题又可以用一次DFS来解决。
由此,我们得到了第一个重要的思路:
以箱子的视角进行BFS(主问题),以人的视角进行DFS(子问题),后者是前者得以进行的前提。
想象一下,此时箱子正位于一个狭窄的“通道”内,这种情况下,人究竟是站在箱子的那一侧就尤为重要。换句话讲,箱子虽然位于同一位置,但人的位置不同,箱子其实仍处于不同的状态(请仔细琢磨“状态”这个用词)。
由此,引出了第二个重要的思路:
箱子的状态包含两个信息,箱子的位置、箱子的来源(它刚刚是以什么样的方向被推来的)。
而我们为什么要纠结于箱子的状态?
因为箱子在BFS时需要设置visited数组来防止重复(实际上防止死循环),而是否发生重复的依据正是箱子的状态。从代码的角度看,我们熟悉的visited数组长这个样子:boolean[][]
,而现在它变成了这样:boolean[][][4]
,4是指方向信息。
class Solution {//【BFS+DFS】以箱子的视角进行BFS,以人的视角进行DFS,后者作为前者得以进行的前提private final static int[][] directions = {{-1, 0}, {1, 0}, {0, -1}, {0, 1}};public int minPushBox(char[][] grid) {int m = grid.length, n = grid[0].length;// 遍历一次,找出箱子起点/终点,人的初始位置int startX = -1;int startY = -1;int targetX = -1;int targetY = -1;int personX = -1;int personY = -1;for (int i = 0; i < m; i++) {for (int j = 0; j < n; j++) {if (grid[i][j] == 'B') {startX = i;startY = j;}if (grid[i][j] == 'T') {targetX = i;targetY = j;grid[i][j] = '.';}if (grid[i][j] == 'S') {personX = i;personY = j;grid[i][j] = '.';}}}// 初始化队列,加入元素以启动BFSboolean[][][] visited = new boolean[m][n][4];Queue<Box> queue = new LinkedList<>();for(int i = 0; i < 4; i++){int[] d = directions[i];if (personCanReach(grid, m, n, personX, personY, startX - d[0], startY - d[1], new boolean[m][n])) {queue.add(new Box(startX, startY, i));visited[startX][startY][i] = true;}}// 以箱子的视角开始BFSint step = 0;while(!queue.isEmpty()){int size = queue.size();while(size-- > 0){Box box = queue.poll();grid[box.x][box.y] = 'B'; // 当前箱子的位置(人不能过)// 人在哪推的这一步? 当箱子移动时需要判断人能否走到推动位置推动箱子personX = box.x - directions[box.from][0];personY = box.y - directions[box.from][1];if(box.x == targetX && box.y == targetY)return step;// BFS网格图遍历for(int i = 0; i < 4; i++){int[] d = directions[i];int nextX = box.x + d[0];int nextY = box.y + d[1];// 人是否能绕到箱子的后面? (box.x, box.y)箱子当前位置,(box.x+d[0], box.y+d[1])箱子目标位置,(box.x-d[0], box.y-d[1])人推动箱子到目标位置的位置if (!personCanReach(grid, m, n, personX, personY, box.x - d[0], box.y - d[1], new boolean[m][n])) {continue;}// 箱子的下个位置是否合法?if (!isValid(grid, m, n, nextX, nextY)) {continue;}// 箱子的下一个状态是不是重复了?if(visited[nextX][nextY][i])continue;queue.add(new Box(nextX, nextY, i));visited[nextX][nextY][i] = true;}grid[box.x][box.y] = '.'; // 重置箱子的位置为地面,后面进行BFS还会弹出一个箱子位置}step += 1;}return -1;}// 人是否可以某一位置(startX, startY)到达另一位置(targetX, targetY)private boolean personCanReach(char[][] grid, int m, int n, int startX, int startY, int targetX, int targetY, boolean[][] visited) {if (startX == targetX && startY == targetY) {return true;}visited[startX][startY] = true;for (int[] direction : directions) {int nextX = startX + direction[0];int nextY = startY + direction[1];if (isValid(grid, m, n, nextX, nextY) && !visited[nextX][nextY]) {if (personCanReach(grid, m, n, nextX, nextY, targetX, targetY, visited)) {return true;}}}return false;}// 某位置是否可以踏足private boolean isValid(char[][] grid, int m, int n, int x, int y) {return x >= 0 && x < m && y >= 0 && y < n && grid[x][y] == '.';}// 内部类,记录箱子位置、从哪个方向推过来的class Box{int x, y, from;public Box(int x, int y, int from){this.x = x;this.y = y;this.from = from;}}
}