【C++BFS算法】2059. 转化数字的最小运算数

news2024/11/23 2:08:09

本文涉及知识点

C++BFS算法

LeetCode2059. 转化数字的最小运算数

给你一个下标从 0 开始的整数数组 nums ,该数组由 互不相同 的数字组成。另给你两个整数 start 和 goal 。
整数 x 的值最开始设为 start ,你打算执行一些运算使 x 转化为 goal 。你可以对数字 x 重复执行下述运算:
如果 0 <= x <= 1000 ,那么,对于数组中的任一下标 i(0 <= i < nums.length),可以将 x 设为下述任一值:
x + nums[i]
x - nums[i]
x ^ nums[i](按位异或 XOR)
注意,你可以按任意顺序使用每个 nums[i] 任意次。使 x 越过 0 <= x <= 1000 范围的运算同样可以生效,但该该运算执行后将不能执行其他运算。
返回将 x = start 转化为 goal 的最小操作数;如果无法完成转化,则返回 -1 。

示例 1:

输入:nums = [2,4,12], start = 2, goal = 12
输出:2
解释:
可以按 2 → 14 → 12 的转化路径进行,只需执行下述 2 次运算:

  • 2 + 12 = 14
  • 14 - 2 = 12
    示例 2:

输入:nums = [3,5,7], start = 0, goal = -4
输出:2
解释:
可以按 0 → 3 → -4 的转化路径进行,只需执行下述 2 次运算:

  • 0 + 3 = 3
  • 3 - 7 = -4
    注意,最后一步运算使 x 超过范围 0 <= x <= 1000 ,但该运算仍然可以生效。
    示例 3:

输入:nums = [2,8,16], start = 0, goal = 1
输出:-1
解释:
无法将 0 转化为 1

提示:
1 <= nums.length <= 1000
-109 <= nums[i], goal <= 109
0 <= start <= 1000
start != goal
nums 中的所有整数互不相同

BFS

BFS的状态表示:前续状态(包括start)一定在[0,1000],后续状态(包括goal)不一定在此范围。空间复杂度:O(1000)。
BFS的后续状态:三种操作,每种操作可以选择nums的任一元素。单个状态的时间复杂度:O(m),m = nums.lenght。总时间复杂度:O(nm)
BFS的初始状态:leves[0]={start}
BFS的返回值:如果后续状态等于goal,则返回leve[i]。否则返回-1。
BFS的重复处理:leve数组出重。

代码

超时代码

哈希集合的时间复杂度是:O(7)左右,超时。

class Solution {
		public:
			int minimumOperations(vector<int>& nums, int start, int goal) {
				unordered_set<int> neiBo[1001];
				for (int i = 0; i <= 1000; i++) {
					for (const auto& n : nums) {
						neiBo[i].emplace(i + n);
						neiBo[i].emplace(i - n);
						neiBo[i].emplace(i ^ n);
					}
				}
				vector<int> leve(1001, -1);
				leve[start] = 0;
				vector<int> v = { start };
				for (int i = 0; i < v.size(); i++) {
					for (const auto& next : neiBo[v[i]]) {
						if (goal == next) { return leve[v[i]] + 1; }
						if ((next >= 0) && (next <= 1000)) {
							if (-1 != leve[next]) { continue; }
							v.emplace_back(next);
							leve[next] = leve[v[i]] + 1;
						}
					}
				}
				return -1;
			}
		};

单元测试

vector<int> nums;
		int start,  goal;
		TEST_METHOD(TestMethod1)
		{
			nums = { 3 }, start = 2, goal = 5;
			auto res = Solution().minimumOperations(nums, start, goal);
			AssertEx(res, 1);
		}
		TEST_METHOD(TestMethod2)
		{
			nums = { 3 }, start = 2, goal = 1;
			auto res = Solution().minimumOperations(nums, start, goal);
			AssertEx(res, 1);
		}
		TEST_METHOD(TestMethod3)
		{
			nums = { 3 }, start =2, goal = -1;
			auto res = Solution().minimumOperations(nums, start, goal);
			AssertEx(res, 1);
		}
		TEST_METHOD(TestMethod4)
		{
			nums = { 3 }, start =2, goal = 11;
			auto res = Solution().minimumOperations(nums, start, goal);
			AssertEx(res, 3);
		}
		TEST_METHOD(TestMethod5)
		{
			nums = { 3 }, start = 2, goal = 22211;
			auto res = Solution().minimumOperations(nums, start, goal);
			AssertEx(res, -1);
		}
		TEST_METHOD(TestMethod6)
		{
			nums = { 2,8,16 }, start =0, goal = 1;
			auto res = Solution().minimumOperations(nums, start, goal);
			AssertEx(res, -1);
		}
		TEST_METHOD(TestMethod11)
		{
			nums = { 2,4,12 }, start = 2, goal = 12;
			auto res = Solution().minimumOperations(nums, start, goal);
			AssertEx(res, 2);
		}
		TEST_METHOD(TestMethod12)
		{
			nums = { 3,5,7 }, start = 0, goal = -4;
			auto res = Solution().minimumOperations(nums, start, goal);
			AssertEx(res, 2);
		}
		TEST_METHOD(TestMethod13)
		{
			nums = { 2,8,16 }, start = 0, goal = 1;
			auto res = Solution().minimumOperations(nums, start, goal);
			AssertEx(res, -1);
		}
		TEST_METHOD(TestMethod14)
		{
			nums = {563, 419, -169, -106, 518, -627, 422, -50, -300, 188, -743, 54, 485, -626, 366, -675, 752, 989, -207, 915, 20, 809, 413, 823, -358, -890, -727, -850, -46, 497, 21, -59, 590, 490, -205, -864, 494, 39, -696, 582, -981, -772, 500, -12, -310, -828, -98, -313, -873, -601, -342, -814, -600, 897, 101, -589, -14, -678, 879, 176, -48, 48, -234, 972, 816, -502, 711, 938, 913, 600, -529, -513, -982, 950, 692, -31, 68, -128, -135, -654, -400, 778, -708, 855, -576, 693, 462, 906, -967, 399, -353, -809, 136, 544, 385, -758, 69, -416, -900, 659, 290, -9, 770, -770, -965, -272, 844, -792, -920, -161, -44, -840, -147, -263, 883, 909, 291, 786, -218, 585, 275, 597, 541, -199, 762, -436, -498, -177, -340, 361, 962, -113, -168, 464, 508, 666, -534, 805, -605, -99, -999, -110, -457, 969, 968, 720, -363, 524, 963, 724, -889, -93, -79, -786, 578, -812, -115, 253, -680, 755, 713, -996, 443, 987, -826, -251, 857, -369, 344, -733, 109, 152, 982, -67, -68, 47, 230, 474, 622, -888, 531, -619, 135, -613, 146, 764, -863, 18, 224, -913, 81, 584, 983, -640, 8, -520, -474, -787, 336, 286, -896, -493, -652, 937, 134, 207, -551, 527, -20, -27, 17, -620, 148, 31, 757, -84, 889, 124, 3, 534, -950, 162, 654, -766, -496, 295, 265, 421, -610, 580, 813, 685, -395, 566, 771, -519, 157, 106, 407, 672, 280, 113, -315, -298, -941, 349, -33, -635, 929, 94, -801, -921, -925, 354, 457, 825, 154, -90, -76, -432, -275, 185, 346, -414, 505, 533, 238, -646, -915, -526, 822, 164, 657, -124, 120, 530, -464, 673, -842, -919, -16, 475, 847, 591, -948, -707, -528, -817, 270, 731, 79, 632, 979, -179, -259, -410, 682, -138, 539, -117, -384, -95, 811, 595, 557, -642, 542, -43, -849, 128, 73, -57, 604, -88, -472, 836, 25, 719, 466, 444, -220, -406, 328, -195, -503, 634, -560, -230, -225, 266, -638, 367, -249, -203, 746, 4, 46, -571, -689, 327, 458, -945, -568, 451, 470, -918, -952, 482, 812, -574, -309, -351, 372, -823, -81, 888, -245, -932, 288, -448, -331, 833, 387, -719, 652, -700, -260, -594, -227, 293, 259, 151, -625, -741, -805, 384, -415, -30, -737, 615, -399, 607, 525, -327, -768, 97, 402, 100, 721, 194, 173, -603, 507, 942, 202, 52, 155, 712, 788, -151, 80, -480, 492, -289, 663, -145, -630, 273, -291, -451, -423, -499, 34, 50, -36, 376, -987, 282, -469, -483, 528, 575, -749, 96, -929, -257, 491, -928, -320, 952, 44, 829, 703, -713, 147, 851, 568, 42, 341, -938, -573, 998, 625, 688, 852, 306, -775, -756, -909, 246, -15, -852, 881, 117, 111, 975, -552, 478, 967, -181, -32, -859, -155, 800, 547, 511, 53, 985, -739, -838, -332, -240, -163, 645, -65, 150, -538, 723, 981, -154, 435, -910, 393, -431, 748, -206, -740, -401, 199, -328, 677, -258, 860, -986, 735, 516, -774, 873, 26, -157, -92, -883, 817, -133, -19, 439, -669, 390, 592, 891, 623, -83, 572, 751, 168, -870, -238, 777, -60, -676, 347, -690, 679, -74, 139, 732, 536, 115, -210, -276, 252, -341, -514, -208, 840, 709, 122, -755, -37, 509, 89, 630, -517, -881, -394, -5, 332, 311, -121, -279, -975, 342, -841, -991, 756, 299, 281, 130, 261, -224, -287, 947, -97, -711, -318, -659, 284, -685, 374, 144, 375, 322, -917, -357, 315, -466, 601, 579, -566, -979, 72, -579, 114, -614, 919, 949, -440, 1, 472, -968, 403, -636, -681, 91, -219, 633, 229, -73, -196, -367, 506, 502, -80, -361, -296, -688, -23, -385, 793, 264, -854, 893, -366, -720, -66, 882, -202, 798, -843, -256, -942, 759, -435, 714, -370, 722, -657, -934, 602, 820, -477, -762, -765, -42, 787, -706, -606, -754, -557, 255, 187, -887, 314, -816, -617, 796, 363, 294, 429, 59, 664, -243, -860, -215, 704, 689, -879, 939, -29, 132, 904, 191, 501, 769, 510, 373, -87, -352, -973, -355, 57, -322, 213, 442, -892, 772, -473, -403, -424, 396, -193, -388, 14, -701, 512, -326, -729, -992, -22, 483, 535, 741, 766, 289, 583, 680, 126, 271, -807, -253, -604, -78, 377, -378, -197, 885, 695, 546, -778, 608, -141, 552, 644, -725, 745, 647, 887, -329, -454, -228, 424, 440, -306, 210, -159, -785, 683, -180, -131, -55, 45, 310, 212, -891, 826, -182, -875, -362, -963, -391, -198, 784, 684, 853, -277, 438, -658, -127, 953, -511, 532, -354, -591, -456, -356, -944, -497, -704, 649, -512, -935, -631, -547, 781, -648, -972, 409, 627, 993, -270, 880, 190, -693, 803, 687, 667, 318, -521, -699, 914, -461, 973, 487, -235, -839, -405, -337, -592, -437, -13, -417, -226, 669, -434, -265, 480, -114, 499, -833, -231, -386, -855, 556, -811, -443, -292, 184, 991, -409, 55, -702, 948, -607, -959, 538, -549, 27, 414, -484, 570, 561, -349, -140, -831, 681, -718, 774, -564, -734, -350, -686, -912, 775, -522, -798, 808, -262, -299, 971, 924, 304, -123, -710, -790, 214, -748, -223, -446, 911, -126, 454, -662, -77, -709, -951, -868, 636, -188, 551, -695, -172, 671, -167, 716, 858, 196, -382, -142, -150, 765, 521, -1000, -449, -590, 842, -460, -714, 193, -111, -323, -961, 486, 522, 940, 729, 964, -425, 980, 338, -286, 656, 436, 871, 66, 549, -837, 391, 484, 209, 569, -698, -475, -122, -806, -501, 824, -527, -947, 791, -753, -663, 88, 776, 966, 504, 171, 145, -641, -216, 576, -556, -989, -994, -482, 810, -439, -72, -712, 221, -278, -836, -940, 526, 174, -618, -252, -344}, 
				start = 416, goal = 372;
			auto res = Solution().minimumOperations(nums, start, goal);
			AssertEx(res, 1);
		}

第二版

后续状态只需要考虑:[0,1000]和goal。

class Solution {
		public:
			int minimumOperations(vector<int>& nums, int start, int goal) {
				vector<int> neiBo[1001];
				for (int i = 0; i <= 1000; i++) {
					vector<bool> vis(1001);
					bool bGoal = false;
					auto Add = [&](int cur) {
						if (cur == goal) { bGoal = true; }
						if ((cur < 0) || (cur > 1000)) { return; }
						vis[cur] = true;
					};
					for (const auto& n : nums) {
						Add(i + n);
						Add(i - n);
						Add(i ^ n);
					}
					for (int j = 0; j <= 1000; j++) {
						if (vis[j]) { neiBo[i].emplace_back(j); }
					}
					if (bGoal) {
						neiBo[i].emplace_back(goal);
					}
				}
				vector<int> leve(1001, -1);
				leve[start] = 0;
				vector<int> v = { start };
				for (int i = 0; i < v.size(); i++) {
					for (const auto& next : neiBo[v[i]]) {
						if (goal == next) { return leve[v[i]] + 1; }
						if ((next >= 0) && (next <= 1000)) {
							if (-1 != leve[next]) { continue; }
							v.emplace_back(next);
							leve[next] = leve[v[i]] + 1;
						}
					}
				}
				return -1;
			}
		};

第三版

直接用向量,不出重,反而更快了。可能重复的几率不大。出重的成本反而大于重复浪费的时间。

扩展阅读

我想对大家说的话
工作中遇到的问题,可以按类别查阅鄙人的算法文章,请点击《算法与数据汇总》。
学习算法:按章节学习《喜缺全书算法册》,大量的题目和测试用例,打包下载。重视操作
有效学习:明确的目标 及时的反馈 拉伸区(难度合适) 专注
闻缺陷则喜(喜缺)是一个美好的愿望,早发现问题,早修改问题,给老板节约钱。
子墨子言之:事无终始,无务多业。也就是我们常说的专业的人做专业的事。
如果程序是一条龙,那算法就是他的是睛
失败+反思=成功 成功+反思=成功

视频课程

先学简单的课程,请移步CSDN学院,听白银讲师(也就是鄙人)的讲解。
https://edu.csdn.net/course/detail/38771
如何你想快速形成战斗了,为老板分忧,请学习C#入职培训、C++入职培训等课程
https://edu.csdn.net/lecturer/6176

测试环境

操作系统:win7 开发环境: VS2019 C++17
或者 操作系统:win10 开发环境: VS2022 C++17
如无特殊说明,本算法用**C++**实现。

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Docker常用命令与相关操作(更新中)

Docker介绍 1.什么是Docker Docker是一个开源的应用容器引擎&#xff0c;它是一个是基于Go语言开发的开源项目。使用Docker可以让开发者封装他们的应用以及依赖包到一个可移植的容器中&#xff0c;然后发布到任意的Linux机器上&#xff0c;也可以实现虚拟化。Docker容器完全使…

机房空调远程控制方案

概述 企业和园区都会有电力机房&#xff0c;往往会配备抽风机或者空调设备。特别在南方&#xff0c;空气湿度大时特别需要这些设备。经常有业主反馈&#xff0c;下班后靠人力到现场控制不太方便&#xff0c;24小时开启又浪费资源&#xff0c;而且可能有长期噪声污染。为此&…

Tomato靶机

修改网络模式为NAT 主机发现 arp-scan -l 端口扫描 nmap 192.168.48.147 nmap -sC -sV -O 192.168.48.147 -sC常见漏洞脚本扫描 -sV开放端口服务/版本号 -O操作系统探测 端口利用 访问web服务 目录扫描 dirb http://192.168.48.147 访问 http://192.168.48.147/antibot_im…

盘点4款令人惊艳的视频剪辑工具

在这个短视频盛行的时代&#xff0c;每个人都可以成为视频内容的创作者。但是&#xff0c;在此之前&#xff0c;拥有一款适合自己的剪辑软件十分重要。今天我就来和大家来说一说我自己觉得比较好用的4款剪辑软件。 1、福昕剪辑神器 直达链接&#xff1a;www.pdf365.cn/foxit-c…

如何将iphone照片导入电脑?4种使用的照片导入办法

你是否曾为如何将iPhone上的照片导入电脑而烦恼&#xff1f;是否尝试过多种方法&#xff0c;却总是觉得步骤繁琐、效率低下&#xff1f;不用再为找不到好方法而挠头了&#xff01; 下面分享几种实用的导入办法&#xff0c;让你在短时间内将照片从iPhone照片导入电脑&#xff0…

学习笔记 韩顺平 零基础30天学会Java(2024.8.6)

P471 String对象特性2 数组默认情况下是放到堆里面的 只要调用一个方法就会产生一个新栈&#xff0c;因为是在主方法里创建对象的&#xff0c;所以对象是在栈里面&#xff0c;而str ch这些都应该在堆里面&#xff0c;栈里的对象指向堆中的str ch。这一题很像学C语言的时候遇到的…

红外遥控风扇——arduino

红外遥控风扇——arduino 本节课任务红外遥控红外遥控通信过程红外遥控套件红外遥控接线实现风扇的多种换挡方式用本节课所学的红外遥控&#xff0c;控制RGB彩灯变换颜色&#xff0c;至少配置4种 本节课任务 1、了解红外遥控技术在生活中的运用。 2、学会编程测试红外遥控器的…

nuclei-快速漏洞扫描器【安装使用详解】

★★免责声明★★ 文章中涉及的程序(方法)可能带有攻击性&#xff0c;仅供安全研究与学习之用&#xff0c;读者将信息做其他用途&#xff0c;由Ta承担全部法律及连带责任&#xff0c;文章作者不承担任何法律及连带责任。 1、nuclei介绍 Nuclei是一款基于YAML语法模板的开发的定…

软件包管理|npm【前端工具链】

项目中的依赖 依赖是指可能由他人编写的第三方软件&#xff0c;理想情况下能够为你解决单一的问题。 一个 Web 项目可以有任意数量的依赖&#xff0c;从无到多&#xff0c;并且你的依赖里可以包含了你没有明确安装的子依赖&#xff08;依赖的依赖&#xff09;。 项目依赖可以…

Ubuntu 22.04 Docker安装笔记

1、准备一台虚机 可以根据《VMware Workstation安装Ubuntu 22.04笔记》来准备虚拟机。完成后&#xff0c;根据需求安装必要的软件&#xff0c;并设置root权限进行登录。 sudo apt update sudo apt install iputils-ping -y sudo apt install vim -y允许root ssh登录&#xff1…

LVS集群的nat模式详解(负载均衡)

目录 一、LVS集群的介绍 1、LVS 相关术语&#xff1a; 2、lvs工作原理 3、相关名词概念 4、lvs集群的类型 二、lvs的nat模式 1、介绍&#xff1a; 2、数据逻辑&#xff1a; 3、nat实验部署 环境搭建&#xff1a; 1、lvs中要去打开内核路由功能&#xff0c;实现网络互联…

完整指南:卡片设计入门及实用技巧解析

UI卡片是对响应设计的终极回应。无论是响应布局还是自适应布局&#xff0c;卡片UI设计都可以为适应做出贡献&#xff0c;其灵活可控的容器结构可以根据总宽度灵活调整布局结构。虽然UI卡片在加载速度和屏幕适应性上有天然的优势&#xff0c;但由于卡片的意识&#xff0c;每个部…