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752. 打开转盘锁(Python)

752. 打开转盘锁(Python)

作者: 玖月晴 | 来源:发表于2020-12-28 14:56 被阅读0次

    难度:★★★☆☆
    类型:图
    方法:宽度优先搜索

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    你有一个带有四个圆形拨轮的转盘锁。每个拨轮都有10个数字: '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9' 。每个拨轮可以自由旋转:例如把 '9' 变为 '0','0' 变为 '9' 。每次旋转都只能旋转一个拨轮的一位数字。

    锁的初始数字为 '0000' ,一个代表四个拨轮的数字的字符串。

    列表 deadends 包含了一组死亡数字,一旦拨轮的数字和列表里的任何一个元素相同,这个锁将会被永久锁定,无法再被旋转。

    字符串 target 代表可以解锁的数字,你需要给出最小的旋转次数,如果无论如何不能解锁,返回 -1。

    示例 1:

    输入:deadends = ["0201","0101","0102","1212","2002"], target = "0202"
    输出:6
    解释:
    可能的移动序列为 "0000" -> "1000" -> "1100" -> "1200" -> "1201" -> "1202" -> "0202"。
    注意 "0000" -> "0001" -> "0002" -> "0102" -> "0202" 这样的序列是不能解锁的,
    因为当拨动到 "0102" 时这个锁就会被锁定。

    示例 2:

    输入: deadends = ["8888"], target = "0009"
    输出:1
    解释:
    把最后一位反向旋转一次即可 "0000" -> "0009"。

    示例 3:

    输入: deadends = ["8887","8889","8878","8898","8788","8988","7888","9888"], target = "8888"
    输出:-1
    解释:
    无法旋转到目标数字且不被锁定。

    示例 4:

    输入: deadends = ["0000"], target = "8888"
    输出:-1

    提示:

    死亡列表 deadends 的长度范围为 [1, 500]。
    目标数字 target 不会在 deadends 之中。
    每个 deadends 和 target 中的字符串的数字会在 10,000 个可能的情况 '0000' 到 '9999' 中产生。

    四位数的密码其实可以看做一个空间,从0000到9999一共有10的四次方种可能性。我们把这一万种可能性看成图中的一万个结点,图是无向的,这些结点之间在图上存在着某种位置关系,即通过把旋钮旋转一位可以得到相邻的状态,或者相邻的结点,而且有规则的是,所有结点都和8个结点相邻,例如,0000点的相邻点为9000,0900,0090,0009,1000,0100,0010和0001。
    
    我们使用图的宽度优先搜索的方法来解决这个问题。我们需要准备两个变量:
    
    定义一个队列queue,用来表达即将需要研究的结点列表,列表中每个元素是一个元素,表达当前结点node及到达当前结点已经使用的步数step;
    
    定义一个集合seen,用来表达已经被研究过的点的集合,从而避免重复研究导致的计算爆炸。
    
    有了这两个变量,就可以开始宽度优先搜索的流程:
    
    1. 循环遍历,每次从队列中弹出一个结点对其展开研究;
    2. 特殊的处理,如果该结点即为最终目标节点(密码),则直接返回该结点对应步数;如果该结点是死亡结点,则跳出本次循环,继续下一个结点;
    3. 该节点是普通结点,针对其8个相邻结点展开研究:如果该相邻结点在seen集合中见过了,则直接跳过,否则将该结点加入队列尾,准备研究。
    
    最后循环结束后,如果队列空空仍无法到达目标结点,说明目标结点被死亡结点直接或间接包围了,直接返回-1。
    

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