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  • 队列&广搜

    搜索里有深搜,又有广搜,而广搜的基础就是队列。

    队列是一种特殊的线性表,只能在一段插入,另一端输出。输出的那一端叫做队头,输入的那一端叫队尾。是一种先进先出(FIFO)的数据结构。

    正经的队列:

    头文件:#include <queue>

    入队:q.push(要入队的数)

    返回第一个元素:q.front( )

    从队列中移除第一个元素:q.pop( )

    查看队列中元素的个数:q.size( )

    返回队列的最后一个元素:q.back( )

    用数组模拟的队列:

    可以定义数组q[100001](可大可小)

    队头为head,队尾为tail

    注意:

    如图,head指向第一个实际元素的前一个位置,tail指向最后一个实际元素的位置

    无论数组多大,总会有个界限,入队过多会溢出,而前面出队时会有空出来的位置,所以我们可以把一个数组循环使用。

    代码如下:

    void rudui(int x)
    {tail++:
       if(tail==n+1)
         tail=1;
      if(tail==head)//入队要判满
       {printf("操作无效,队列已满");
        return;}
        q[tail]=x;
    }

    说了些基本定义,再来说说应用。

    队列的应用和广搜是分不开的。

    那什么是广搜?

    就是一层一层的搜索,从第0层开始,每层都枚举出可能的情况,直到找到符合要求的情况为止

    如图:

    放个模板

    这里是用数组模拟队列
    int  bfs()
    { 队列初始化;
       head=0;tail=1;//记住tail指向最后一个实际元素!!
      do{
             head++;//head指向带扩展节点
           for(int i=1;i<=max;i++)//节点如何扩展
             {
                       if(子节点符合条件)
                           {tail++;该节点入队;
                              if(与原来有重复)
                                   { 删除该节点;tail--;  
                                   }
                               else
                                    {if(找到目标)输出并退出;
                                     }
                             }
              }    
          }while(head<tail);//队列不空就继续搜索
    }

     举个栗子:

    例题1:

    洛谷P1451求细胞数量

    这个题就是广搜的典型例题。

    在这道题中,所有非0数都可以看做是1,因为它们的值不影响判断。这样就可以用一个bool数组a[1001][1001]来表示这个矩阵

    通过样例可以知道,矩阵的输入是没有空格的,所以要用字符型输入(这是个坑)

    既然我们决定用bool型数组(只有0,1),而且还有前面那个坑。为了防止毒瘤的非法读入,我们先将整个a数组置为1。我们输入时判断一下,如果输入的字符是0,就把对应位置置为0。

    然后就是搜索了。

    先在main里找到1,再进行搜索,会省时间。

    搜索时,记录下当前的i,j。从i,j的上下左右搜索,如果是1,就将这个位置的坐标放入队中,并将这个位置置为0,防止重复

    入队的同时将队头出队,一直到队空为止,完成一次搜索,计数器加1.

    代码如下:

    #include<iostream>
    #include<cstdio>
    using namespace std;
    int n,m,num,dx[4]={-1,0,1,0},dy[4]={0,1,0,-1};//预处理出4个方向
    bool a[101][101];
    void justdoit(int p,int q)
    {   a[p][q]=0;
        int x,y,head,tail,i;
        int h[10001][3];
        num++;
        h[1][1]=p;h[1][2]=q;//h[head][1]为横坐标,h[head][2]为纵坐标
        head=0;tail=1;
        do{
            head++;
            for(int i=0;i<=3;i++)
            {x=h[head][1]+dx[i];y=h[head][2]+dy[i];
               if((a[x][y])&&(x>=0)&&(y>=0)&&(x<m)&&(y<n))
               {tail++;
                 h[tail][1]=x;//坐标入队
                 h[tail][2]=y;
                 a[x][y]=0;
               }
            }
        }while(head<tail);
    }//其实就是套模板
    int main()
    {char c[101];
     scanf("%d %d",&m,&n);
     for(int i=0;i<=m-1;i++)
      {for(int j=0;j<=n-1;j++)
        a[i][j]=1;
      }
      for(int i=0;i<m;i++)
      { 
        scanf("%s",c);
        for(int j=0;j<n;j++)
         {if(c[j]=='0'){a[i][j]=0;
         }
         }
      }
      for(int i=0;i<m;i++)
      {for(int j=0;j<n;j++)
        if(a[i][j])justdoit(i,j);
      }
      printf("%d",num);
    }

     例题2:

    一本通之求最小步数

    这个题显然没有什么数学规律可以解方程什么的,所以我们好像只能搜索了。

    从a,b两点搜索到1会造成一些时间的浪费,因为(1,1)在棋盘的一角,而a和b在棋盘中间,会造成在左下角方向的浪费

    如图:

    如果从a搜索到(1,1),会造成在箭头方向上的浪费,所以我们从(1,1)开始搜,搜到a停止

    这里有两个点,参照对a的搜索方式,我们可以a,b一起搜。

    先用p[101][101]数组将棋盘表示出来,所有的p[i][j]都初始化为-1,表示都没有到过

    同时用dl[100001][4]数组来模仿队列,记录当前的所有到过点的坐标

    其中dl[i][1]为横坐标,dl[i][2]为纵坐标,dl[i][3]为到达当前坐标所用最小步数

    边界:点的横纵坐标大于0

    一旦到达a和b,输出并结束程序

    代码如下:

    #include<iostream>
    #include<cstdio>
    #include<algorithm>
    #include<cstring>
    using namespace std;
    int ax,ay,bx,by,dx[12]={-2,-2,-1,-1,2,2,1,1,-2,-2,2,2},dy[12]={-1,1,-2,2,-1,1,-2,2,-2,2,-2,2};
    int numa,numb;
    int main()
    {
       scanf("%d%d%d%d",&ax,&ay,&bx,&by);
       int dl[100001][4]={0};
       int p[101][101];
       dl[1][1]=1;dl[1][2]=1;dl[1][3]=0;//这里从(1,1)开始跳,跳到a,b两点坐标结束(???) 
       memset(p,0xff,sizeof(p));//dl[i][3]记录跳到(dl[i][1],dl[i][2]的步数) 
       p[1][1]=0;//用p数组表示棋盘上的每个点,到过就+1,初始为-1(方便统计只到过一次的点) 
       int head=1,tail=1;
       while(head<=tail)
       {
         for(int i=0;i<=11;i++)
            {int x=dl[head][1]+dx[i],y=dl[head][2]+dy[i];//12个方向 
                 if(x>0&&y>0)//若从(1,1)开始跳,则不能超出棋盘 
                 {
                   if(p[x][y]==-1)//之前没有到过这个点 
                   {p[x][y]=dl[head][3]+1;//到达点(x,y)所需要的步数p为跳到上一个(x,y)的步数再加一 
                       tail++;
                       getchar();
                    dl[tail][1]=x;//记录坐标 
                 dl[tail][2]=y;
                 dl[tail][3]=p[x][y];//记录跳到(x,y)的步数 
                }
                    if(p[ax][ay]>0&&p[bx][by]>0)//肯定不可能0步就跳到 
                    {printf("%d
    %d
    ",p[ax][ay],p[bx][by]);
                     return 0;
                 }
                }          
         }     head++;
       }
    }
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