logo

TechCodeview

Rota mais longa possível em uma matriz com obstáculos

Experimente no GfG Practice Rota mais longa possível em uma matriz com obstáculos' title=

Dada uma matriz binária 2D juntamente com[][] onde algumas células são obstáculos (indicados por0) e o restante são células livres (indicadas por1) sua tarefa é encontrar o comprimento da rota mais longa possível a partir de uma célula de origem (xs ys) para uma célula de destino (xd yd) .

  • Você só pode mover para células adjacentes (cima, baixo, esquerda, direita).
  • Movimentos diagonais não são permitidos.
  • Uma célula visitada em um caminho não pode ser revisitada nesse mesmo caminho.
  • Se for impossível chegar ao destino retorne-1.

Exemplos:
Entrada: xs = 0 ys = 0 xd = 1 jarda = 7
com[][] = [ [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]
[1 1 0 1 1 0 1 1 0 1]
[1 1 1 1 1 1 1 1 1 1] ]
Saída: 24
Explicação:



javac não é reconhecido

Entrada: xs = 0 ys = 3 xd = 2 jardas = 2
com[][] =[ [1 0 0 1 0]
[0 0 0 1 0]
[0 1 1 0 0] ]
Saída: -1
Explicação:
Podemos ver que é impossível
chegar à célula (22) de (03).

disquete

Índice



[Abordagem] Usando retrocesso com matriz visitada

A ideia é usar Retrocesso . Começamos a partir da célula de origem da matriz, avançamos em todas as quatro direções permitidas e verificamos recursivamente se elas levam à solução ou não. Se o destino for encontrado, atualizamos o valor do caminho mais longo, caso contrário, se nenhuma das soluções acima funcionar, retornamos false de nossa função.

CPP 
#include    #include  #include  #include    using namespace std; // Function to find the longest path using backtracking int dfs(vector<vector<int>> &mat   vector<vector<bool>> &visited int i   int j int x int y) {  int m = mat.size();  int n = mat[0].size();    // If destination is reached  if (i == x && j == y) {  return 0;  }    // If cell is invalid blocked or already visited  if (i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n ||   mat[i][j] == 0 || visited[i][j]) {  return -1;   }    // Mark current cell as visited  visited[i][j] = true;    int maxPath = -1;    // Four possible moves: up down left right  int row[] = {-1 1 0 0};  int col[] = {0 0 -1 1};    for (int k = 0; k < 4; k++) {  int ni = i + row[k];  int nj = j + col[k];    int pathLength = dfs(mat visited   ni nj x y);    // If a valid path is found from this direction  if (pathLength != -1) {  maxPath = max(maxPath 1 + pathLength);  }  }    // Backtrack - unmark current cell  visited[i][j] = false;    return maxPath; } int findLongestPath(vector<vector<int>> &mat   int xs int ys int xd int yd) {  int m = mat.size();  int n = mat[0].size();    // Check if source or destination is blocked  if (mat[xs][ys] == 0 || mat[xd][yd] == 0) {  return -1;  }    vector<vector<bool>> visited(m vector<bool>(n false));  return dfs(mat visited xs ys xd yd); } int main() {  vector<vector<int>> mat = {  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  {1 1 0 1 1 0 1 1 0 1}  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  };    int xs = 0 ys = 0;   int xd = 1 yd = 7;     int result = findLongestPath(mat xs ys xd yd);    if (result != -1)  cout << result << endl;  else  cout << -1 << endl;    return 0; }
Java 
import java.util.Arrays; public class GFG {    // Function to find the longest path using backtracking  public static int dfs(int[][] mat boolean[][] visited  int i int j int x int y) {  int m = mat.length;  int n = mat[0].length;    // If destination is reached  if (i == x && j == y) {  return 0;  }    // If cell is invalid blocked or already visited  if (i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat[i][j] == 0 || visited[i][j]) {  return -1; // Invalid path  }    // Mark current cell as visited  visited[i][j] = true;    int maxPath = -1;    // Four possible moves: up down left right  int[] row = {-1 1 0 0};  int[] col = {0 0 -1 1};    for (int k = 0; k < 4; k++) {  int ni = i + row[k];  int nj = j + col[k];    int pathLength = dfs(mat visited ni nj x y);    // If a valid path is found from this direction  if (pathLength != -1) {  maxPath = Math.max(maxPath 1 + pathLength);  }  }    // Backtrack - unmark current cell  visited[i][j] = false;    return maxPath;  }    public static int findLongestPath(int[][] mat int xs int ys int xd int yd) {  int m = mat.length;  int n = mat[0].length;    // Check if source or destination is blocked  if (mat[xs][ys] == 0 || mat[xd][yd] == 0) {  return -1;  }    boolean[][] visited = new boolean[m][n];  return dfs(mat visited xs ys xd yd);  }    public static void main(String[] args) {  int[][] mat = {  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  {1 1 0 1 1 0 1 1 0 1}  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  };    int xs = 0 ys = 0;  int xd = 1 yd = 7;    int result = findLongestPath(mat xs ys xd yd);    if (result != -1)  System.out.println(result);  else  System.out.println(-1);  } }
Python 
# Function to find the longest path using backtracking def dfs(mat visited i j x y): m = len(mat) n = len(mat[0]) # If destination is reached if i == x and j == y: return 0 # If cell is invalid blocked or already visited if i < 0 or i >= m or j < 0 or j >= n or mat[i][j] == 0 or visited[i][j]: return -1 # Invalid path # Mark current cell as visited visited[i][j] = True maxPath = -1 # Four possible moves: up down left right row = [-1 1 0 0] col = [0 0 -1 1] for k in range(4): ni = i + row[k] nj = j + col[k] pathLength = dfs(mat visited ni nj x y) # If a valid path is found from this direction if pathLength != -1: maxPath = max(maxPath 1 + pathLength) # Backtrack - unmark current cell visited[i][j] = False return maxPath def findLongestPath(mat xs ys xd yd): m = len(mat) n = len(mat[0]) # Check if source or destination is blocked if mat[xs][ys] == 0 or mat[xd][yd] == 0: return -1 visited = [[False for _ in range(n)] for _ in range(m)] return dfs(mat visited xs ys xd yd) def main(): mat = [ [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1] [1 1 0 1 1 0 1 1 0 1] [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1] ] xs ys = 0 0 xd yd = 1 7 result = findLongestPath(mat xs ys xd yd) if result != -1: print(result) else: print(-1) if __name__ == '__main__': main()
C# 
using System; class GFG {  // Function to find the longest path using backtracking  static int dfs(int[] mat bool[] visited   int i int j int x int y)  {  int m = mat.GetLength(0);  int n = mat.GetLength(1);    // If destination is reached  if (i == x && j == y)  {  return 0;  }    // If cell is invalid blocked or already visited  if (i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat[i j] == 0 || visited[i j])  {  return -1; // Invalid path  }    // Mark current cell as visited  visited[i j] = true;    int maxPath = -1;    // Four possible moves: up down left right  int[] row = {-1 1 0 0};  int[] col = {0 0 -1 1};    for (int k = 0; k < 4; k++)  {  int ni = i + row[k];  int nj = j + col[k];    int pathLength = dfs(mat visited ni nj x y);    // If a valid path is found from this direction  if (pathLength != -1)  {  maxPath = Math.Max(maxPath 1 + pathLength);  }  }    // Backtrack - unmark current cell  visited[i j] = false;    return maxPath;  }    static int FindLongestPath(int[] mat int xs int ys int xd int yd)  {  int m = mat.GetLength(0);  int n = mat.GetLength(1);    // Check if source or destination is blocked  if (mat[xs ys] == 0 || mat[xd yd] == 0)  {  return -1;  }    bool[] visited = new bool[m n];  return dfs(mat visited xs ys xd yd);  }    static void Main()  {  int[] mat = {  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  {1 1 0 1 1 0 1 1 0 1}  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  };    int xs = 0 ys = 0;   int xd = 1 yd = 7;     int result = FindLongestPath(mat xs ys xd yd);    if (result != -1)  Console.WriteLine(result);  else  Console.WriteLine(-1);  } }
JavaScript 
// Function to find the longest path using backtracking function dfs(mat visited i j x y) {  const m = mat.length;  const n = mat[0].length;    // If destination is reached  if (i === x && j === y) {  return 0;  }    // If cell is invalid blocked or already visited  if (i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n ||   mat[i][j] === 0 || visited[i][j]) {  return -1;   }    // Mark current cell as visited  visited[i][j] = true;    let maxPath = -1;    // Four possible moves: up down left right  const row = [-1 1 0 0];  const col = [0 0 -1 1];    for (let k = 0; k < 4; k++) {  const ni = i + row[k];  const nj = j + col[k];    const pathLength = dfs(mat visited   ni nj x y);    // If a valid path is found from this direction  if (pathLength !== -1) {  maxPath = Math.max(maxPath 1 + pathLength);  }  }    // Backtrack - unmark current cell  visited[i][j] = false;    return maxPath; } function findLongestPath(mat xs ys xd yd) {  const m = mat.length;  const n = mat[0].length;    // Check if source or destination is blocked  if (mat[xs][ys] === 0 || mat[xd][yd] === 0) {  return -1;  }    const visited = Array(m).fill().map(() => Array(n).fill(false));  return dfs(mat visited xs ys xd yd); }  const mat = [  [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]  [1 1 0 1 1 0 1 1 0 1]  [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]  ];    const xs = 0 ys = 0;   const xd = 1 yd = 7;     const result = findLongestPath(mat xs ys xd yd);    if (result !== -1)  console.log(result);  else  console.log(-1);

Saída 
24

Complexidade de tempo: O(4^(m*n)) Para cada célula na matriz m x n, o algoritmo explora até quatro direções possíveis (de cima para baixo, à esquerda, à direita), levando a um número exponencial de caminhos. Na pior das hipóteses, explora todos os caminhos possíveis, resultando em uma complexidade de tempo de 4^(m*n).
Espaço Auxiliar: O(m*n) O algoritmo usa uma matriz visitada m x n para rastrear células visitadas e uma pilha de recursão que pode crescer até uma profundidade de m * n no pior caso (por exemplo, ao explorar um caminho que cobre todas as células). Assim, o espaço auxiliar é O(m*n).

[Abordagem Otimizada] Sem Usar Espaço Extra

Em vez de manter uma matriz visitada separada, podemos reutilizar a matriz de entrada para marcar as células visitadas durante a travessia. Isso economiza espaço extra e ainda garante que não revisitaremos a mesma célula em um caminho.



lista vinculada java

Abaixo está a abordagem passo a passo:

  1. Comece na célula de origem(xs ys).
  2. Em cada etapa, explore todas as quatro direções possíveis (da direita para a esquerda para cima).
  3. Para cada movimento válido:
    • Verifique os limites e garanta que a célula tenha valor1(célula livre).
    • Marque a célula como visitada configurando-a temporariamente como0.
    • Vá para a próxima célula e aumente o comprimento do caminho.
  4. Se a célula de destino(xd yd)for alcançado, compare o comprimento do caminho atual com o máximo até agora e atualize a resposta.
  5. Backtrack: restaura o valor original da célula (1) antes de retornar para permitir que outros caminhos o explorem.
  6. Continue explorando até que todos os caminhos possíveis sejam visitados.
  7. Retorne o comprimento máximo do caminho. Se o destino for inacessível, retorne-1
C++ 
#include    #include  #include  #include    using namespace std; // Function to find the longest path using backtracking without extra space int dfs(vector<vector<int>> &mat int i int j int x int y) {  int m = mat.size();  int n = mat[0].size();    // If destination is reached  if (i == x && j == y) {  return 0;  }    // If cell is invalid or blocked (0 means blocked or visited)  if (i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat[i][j] == 0) {  return -1;   }    // Mark current cell as visited by temporarily setting it to 0  mat[i][j] = 0;    int maxPath = -1;    // Four possible moves: up down left right  int row[] = {-1 1 0 0};  int col[] = {0 0 -1 1};    for (int k = 0; k < 4; k++) {  int ni = i + row[k];  int nj = j + col[k];    int pathLength = dfs(mat ni nj x y);    // If a valid path is found from this direction  if (pathLength != -1) {  maxPath = max(maxPath 1 + pathLength);  }  }    // Backtrack - restore the cell's original value (1)  mat[i][j] = 1;    return maxPath; } int findLongestPath(vector<vector<int>> &mat int xs int ys int xd int yd) {  int m = mat.size();  int n = mat[0].size();    // Check if source or destination is blocked  if (mat[xs][ys] == 0 || mat[xd][yd] == 0) {  return -1;  }    return dfs(mat xs ys xd yd); } int main() {  vector<vector<int>> mat = {  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  {1 1 0 1 1 0 1 1 0 1}  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  };    int xs = 0 ys = 0;   int xd = 1 yd = 7;     int result = findLongestPath(mat xs ys xd yd);    if (result != -1)  cout << result << endl;  else  cout << -1 << endl;    return 0; }
Java 
public class GFG {    // Function to find the longest path using backtracking without extra space  public static int dfs(int[][] mat int i int j int x int y) {  int m = mat.length;  int n = mat[0].length;    // If destination is reached  if (i == x && j == y) {  return 0;  }    // If cell is invalid or blocked (0 means blocked or visited)  if (i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat[i][j] == 0) {  return -1;   }    // Mark current cell as visited by temporarily setting it to 0  mat[i][j] = 0;    int maxPath = -1;    // Four possible moves: up down left right  int[] row = {-1 1 0 0};  int[] col = {0 0 -1 1};    for (int k = 0; k < 4; k++) {  int ni = i + row[k];  int nj = j + col[k];    int pathLength = dfs(mat ni nj x y);    // If a valid path is found from this direction  if (pathLength != -1) {  maxPath = Math.max(maxPath 1 + pathLength);  }  }    // Backtrack - restore the cell's original value (1)  mat[i][j] = 1;    return maxPath;  }    public static int findLongestPath(int[][] mat int xs int ys int xd int yd) {  int m = mat.length;  int n = mat[0].length;    // Check if source or destination is blocked  if (mat[xs][ys] == 0 || mat[xd][yd] == 0) {  return -1;  }    return dfs(mat xs ys xd yd);  }    public static void main(String[] args) {  int[][] mat = {  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  {1 1 0 1 1 0 1 1 0 1}  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  };    int xs = 0 ys = 0;   int xd = 1 yd = 7;     int result = findLongestPath(mat xs ys xd yd);    if (result != -1)  System.out.println(result);  else  System.out.println(-1);  } }
Python 
# Function to find the longest path using backtracking without extra space def dfs(mat i j x y): m = len(mat) n = len(mat[0]) # If destination is reached if i == x and j == y: return 0 # If cell is invalid or blocked (0 means blocked or visited) if i < 0 or i >= m or j < 0 or j >= n or mat[i][j] == 0: return -1 # Mark current cell as visited by temporarily setting it to 0 mat[i][j] = 0 maxPath = -1 # Four possible moves: up down left right row = [-1 1 0 0] col = [0 0 -1 1] for k in range(4): ni = i + row[k] nj = j + col[k] pathLength = dfs(mat ni nj x y) # If a valid path is found from this direction if pathLength != -1: maxPath = max(maxPath 1 + pathLength) # Backtrack - restore the cell's original value (1) mat[i][j] = 1 return maxPath def findLongestPath(mat xs ys xd yd): m = len(mat) n = len(mat[0]) # Check if source or destination is blocked if mat[xs][ys] == 0 or mat[xd][yd] == 0: return -1 return dfs(mat xs ys xd yd) def main(): mat = [ [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1] [1 1 0 1 1 0 1 1 0 1] [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1] ] xs ys = 0 0 xd yd = 1 7 result = findLongestPath(mat xs ys xd yd) if result != -1: print(result) else: print(-1) if __name__ == '__main__': main()
C# 
using System; class GFG {  // Function to find the longest path using backtracking without extra space  static int dfs(int[] mat int i int j int x int y)  {  int m = mat.GetLength(0);  int n = mat.GetLength(1);    // If destination is reached  if (i == x && j == y)  {  return 0;  }    // If cell is invalid or blocked (0 means blocked or visited)  if (i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat[i j] == 0)  {  return -1;   }    // Mark current cell as visited by temporarily setting it to 0  mat[i j] = 0;    int maxPath = -1;    // Four possible moves: up down left right  int[] row = {-1 1 0 0};  int[] col = {0 0 -1 1};    for (int k = 0; k < 4; k++)  {  int ni = i + row[k];  int nj = j + col[k];    int pathLength = dfs(mat ni nj x y);    // If a valid path is found from this direction  if (pathLength != -1)  {  maxPath = Math.Max(maxPath 1 + pathLength);  }  }    // Backtrack - restore the cell's original value (1)  mat[i j] = 1;    return maxPath;  }    static int FindLongestPath(int[] mat int xs int ys int xd int yd)  {  // Check if source or destination is blocked  if (mat[xs ys] == 0 || mat[xd yd] == 0)  {  return -1;  }    return dfs(mat xs ys xd yd);  }    static void Main()  {  int[] mat = {  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  {1 1 0 1 1 0 1 1 0 1}  {1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}  };    int xs = 0 ys = 0;   int xd = 1 yd = 7;     int result = FindLongestPath(mat xs ys xd yd);    if (result != -1)  Console.WriteLine(result);  else  Console.WriteLine(-1);  } }
JavaScript 
// Function to find the longest path using backtracking without extra space function dfs(mat i j x y) {  const m = mat.length;  const n = mat[0].length;    // If destination is reached  if (i === x && j === y) {  return 0;  }    // If cell is invalid or blocked (0 means blocked or visited)  if (i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || mat[i][j] === 0) {  return -1;   }    // Mark current cell as visited by temporarily setting it to 0  mat[i][j] = 0;    let maxPath = -1;    // Four possible moves: up down left right  const row = [-1 1 0 0];  const col = [0 0 -1 1];    for (let k = 0; k < 4; k++) {  const ni = i + row[k];  const nj = j + col[k];    const pathLength = dfs(mat ni nj x y);    // If a valid path is found from this direction  if (pathLength !== -1) {  maxPath = Math.max(maxPath 1 + pathLength);  }  }    // Backtrack - restore the cell's original value (1)  mat[i][j] = 1;    return maxPath; } function findLongestPath(mat xs ys xd yd) {  const m = mat.length;  const n = mat[0].length;    // Check if source or destination is blocked  if (mat[xs][ys] === 0 || mat[xd][yd] === 0) {  return -1;  }    return dfs(mat xs ys xd yd); }  const mat = [  [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]  [1 1 0 1 1 0 1 1 0 1]  [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]  ];    const xs = 0 ys = 0;   const xd = 1 yd = 7;     const result = findLongestPath(mat xs ys xd yd);    if (result !== -1)  console.log(result);  else  console.log(-1);

Saída 
24

Complexidade de tempo: O(4^(m*n))O algoritmo ainda explora até quatro direções por célula na matriz m x n, resultando em um número exponencial de caminhos. A modificação no local não afeta o número de caminhos explorados, portanto a complexidade do tempo permanece 4^(m*n).
Espaço Auxiliar: O(m*n) Embora a matriz visitada seja eliminada pela modificação da matriz de entrada no local, a pilha de recursão ainda requer espaço O(m*n), pois a profundidade máxima de recursão pode ser m * n no pior caso (por exemplo, um caminho visitando todas as células em uma grade com principalmente 1s).