63.不同路径II

[TOC]

一、题目描述

一个机器人位于一个 m x n 网格的左上角 (起始点在下图中标记为“Start” )。

机器人每次只能向下或者向右移动一步。机器人试图达到网格的右下角(在下图中标记为“Finish”)。

现在考虑网格中有障碍物。那么从左上角到右下角将会有多少条不同的路径?

网格中的障碍物和空位置分别用 1 和 0 来表示。

说明:m 和 n 的值均不超过 100。

示例 1:

输入:
[
  [0,0,0],
  [0,1,0],
  [0,0,0]
]
输出: 2
解释:
3x3 网格的正中间有一个障碍物。
从左上角到右下角一共有 2 条不同的路径:
1. 向右 -> 向右 -> 向下 -> 向下
2. 向下 -> 向下 -> 向右 -> 向右

来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/unique-paths-ii
著作权归领扣网络所有。商业转载请联系官方授权,非商业转载请注明出处。

二、解题算法

让我们稍稍分析一下这一题,你会发现和62题不同路径几乎完全一样,除了多出一个障碍物。然而就是这个障碍物,使得我们无法讨巧使用求组合数的方法。同样,暴力DFS也已经被证明是超时的。

1. 动态规划


思路:

思路与62题的解法3大体上一致,只是由于题目中多出了障碍物这一点,造成了些许的差异。因此下面有些分析就跳过了,不清楚的建议先看一下62题的题解

按照题目要求,抵达障碍物处便无法再次移动移动。设输入数组为a,存放各网格路径数的数组为dp。由于存在障碍物,dp第0行和第0列我们也不能像之前那样无脑置为1,因为一旦遇到1,之后所有网格的路径数都为0。

于是我们可以这样初始化dp数组:
\begin{equation} dp[0][0]= \begin{cases} 1, & a[0][0]=0\\ 0, & a[0][0]=1 \end{cases} \end{equation}
\begin{equation} dp[0][j]= \begin{cases} dp[0][j-1], & a[0][j]=0\\ 0, & a[0][j]=1 \end{cases} \end{equation}
\begin{equation} dp[i][0]= \begin{cases} dp[i-1][0], & a[i][0]=0\\ 0, & a[i][0]=1 \end{cases} \end{equation}
同样,由于存在障碍物,遇到障碍物时,显然该网格无法再进行移动,无法为以后的网格路径数做出任何贡献。于是我们有状态转移方程:
\begin{equation} dp[i][j]= \begin{cases} dp[i-1][j] + dp[i][j-1], & a[i][j]=0\\ 0, & a[i][j]=1 \end{cases} \end{equation}


代码:

这一题在leetcode上对C++有个坑,int会提示整数加法溢出,所以开辟了一个long类型的dp数组,否则可以直接在obstacleGrid上操作。因而时间复杂度O(mn),空间复杂度O(mn)

class Solution {
public:
    int uniquePathsWithObstacles(vector<vector<int>>& obstacleGrid) {
        if (obstacleGrid.empty() || obstacleGrid[0].empty() || 1 == obstacleGrid[0][0])
            return 0;

        vector<vector<long>> dp(obstacleGrid.size());
        for (auto i = 0; i < obstacleGrid.size(); ++i)
            dp[i].resize(obstacleGrid[i].size(), 0);

        dp[0][0] = 1;
        for (auto j = 1; j < dp[0].size(); ++j)
            dp[0][j] = obstacleGrid[0][j] == 0 ? dp[0][j - 1] : 0;
        for (auto i = 1; i < dp.size(); ++i)
            dp[i][0] = obstacleGrid[i][0] == 0 ? dp[i - 1][0] : 0;
        
        for (auto i = 1; i < dp.size(); ++i)
            for (auto j = 1; j < dp[i].size(); ++j)
                dp[i][j] = obstacleGrid[i][j] == 0 ? dp[i - 1][j] + dp[i][j - 1] : 0;
        return dp.back().back();
    }
};

PS1:可以利用滚动数组,将空间复杂度降低到O(2n)

class Solution {
public:
    int uniquePathsWithObstacles(vector<vector<int>>& obstacleGrid) {
        if (obstacleGrid.empty() || obstacleGrid[0].empty() || 1 == obstacleGrid[0][0])
            return 0;

        vector<vector<long>> dp(2);
        for (auto i = 0; i < dp.size(); ++i)
            dp[i].resize(obstacleGrid[0].size(), 0);

        dp[0][0] = 1;
        for (auto j = 1; j < dp[0].size(); ++j)
            dp[0][j] = obstacleGrid[0][j] == 0 ? dp[0][j - 1] : 0;
        
        auto cur = 1, prev = 0;
        for (auto i = 1; i < obstacleGrid.size(); ++i) {
            dp[cur][0] = obstacleGrid[i][0] == 0 ? dp[prev][0] : 0;
            for (auto j = 1; j < dp[cur].size(); ++j)
                dp[cur][j] = obstacleGrid[i][j] == 0 ? dp[prev][j] + dp[cur][j - 1] : 0;
            prev = cur;
            cur = 1 - cur;      // 行索引只有0、1,和为1,可以靠减法求出下一次的值
        }
        return dp[prev].back();
    }
};

PS2:可以利用62题的优化思路,进一步将空间复杂度降低到O(n)

class Solution {
public:
    int uniquePathsWithObstacles(vector<vector<int>>& obstacleGrid) {
        if (obstacleGrid.empty() || obstacleGrid[0].empty() || 1 == obstacleGrid[0][0])
            return 0;

        vector<long> dp(obstacleGrid[0].size(), 1);
        for (auto j = 1; j < dp.size(); ++j)
            dp[j] = obstacleGrid[0][j] == 0 ? dp[j - 1] : 0;
        
        for (auto i = 1; i < obstacleGrid.size(); ++i) {
            dp[0] = obstacleGrid[i][0] == 0 ? dp[0] : 0;
            for (auto j = 1; j < dp.size(); ++j)
                dp[j] = obstacleGrid[i][j] == 0 ? dp[j] + dp[j - 1] : 0;
        }
        return dp.back();
    }
};
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