我有一个nxm个由非负整数组成的矩阵。例如:
2 3 4 7 1
1 5 2 6 2
4 3 4 2 1
2 1 2 4 1
3 1 3 4 1
2 1 4 3 2
6 9 1 6 4
“投下炸弹”会使目标细胞及其所有八个邻居的数量减少一个，直到最小值为零。
x x x
x X x
x x x
什么样的算法可以确定将所有细胞减少到零所需的最少炸弹数量?
B选项(因为我不是一个细心的读者)
事实上，问题的第一个版本并不是我要寻找的答案。我没有仔细阅读整个任务，有额外的约束条件，让我们说:
那么简单的问题是，当行中的序列必须是非递增的:
8 7 6 6 5是可能的输入序列
7 8 5 5 2是不可能的，因为7 -> 8在一个序列中增长。
也许为“简单”的问题找到答案会有助于为更难的问题找到解决方案。
PS:我相信当我们有几个相同的情况需要最少的炸弹来清除上面的线时，我们会选择在“左侧”使用最多炸弹的一个。还有什么证据是正确的吗?
当前回答
为了尽量减少炸弹的数量，我们必须最大化每个炸弹的效果。要做到这一点，每一步我们都要选择最好的目标。对于每一个点，它和它的八个邻居的总和，可以被用作轰炸这一点的效率量。这将提供接近最佳的炸弹序列。
UPD:我们还应该考虑到零的数量，因为轰炸它们效率很低。事实上，问题是最小化击中零的数量。但我们不知道每一步如何使我们更接近这个目标。我同意这个问题是np完全的。我建议用贪婪的方法，它会给出一个接近真实的答案。
其他回答
这是我的解决方案。由于时间有限，我不会用代码写出来，但我相信这应该每次都能产生最优的移动数量——尽管我不确定它在寻找要轰炸的点时是否有效。
首先，正如@Luka Rahne在一条评论中所说的，你轰炸的顺序并不重要，重要的是组合。
其次，正如许多人所说的那样，从角的对角线上轰炸1是最优的，因为它接触的点比角多。
这就生成了我的算法版本的基础: 我们可以在第一个或最后一个炸掉拐角的1-off，这没有关系(理论上) 我们首先破坏这些，因为它可以让后面的决定更容易(在实践中) 我们轰炸影响最大的点，同时轰炸那些角落。
让我们将阻力点定义为棋盘上具有最多不可炸点+周围0数量最多的点
非爆炸点可以定义为在我们正在研究的黑板的当前范围内不存在的点。
我还将定义4个处理范围的边界: 上=0，左=0，下=k，右=j。 (起始值)
最后，我将最优炸弹定义为投掷在与阻力点相邻的点上的炸弹，并接触(1)最高值的阻力点和(2)可能的最大数量的点。
关于方法，很明显我们正在从外到内的工作。我们将能够同时与4架“轰炸机”一起工作。
第一个阻力点显然是我们的弯道。“边界外”的点是不可轰炸的(每个角落的范围外都有5个点)。所以我们先在对角线上炸一个角。
算法:
找到4个最佳炸弹点。 如果一个炸弹点正在轰炸一个接触2个边界(即一个角)的阻力点，则一直轰炸到该点为0。否则，逐个轰炸，直到其中一个触及最佳轰炸点的阻力点为0。 对于每个边界: 如果(sum(bound)==0)前进界
重复以上步骤，直到上=下，左=右
稍后我将尝试编写实际代码
对于更新后的问题，简单的贪心算法可以得到最优结果。
向单元格A[1,1]投掷A[0,0]炸弹，然后向单元格A[2,1]投掷A[1,0]炸弹，并继续向下此过程。要清除左下角，向单元格A[n -2,1]投掷max(A[n -1,0]， A[n -2,0]， A[n -3,0])炸弹。这将完全清除前3列。
用同样的方法清除第3、4、5列，然后是第6、7、8列，等等。
不幸的是，这并不能帮助找到最初问题的解决方案。
“更大”的问题(没有“非增加”约束)可能被证明是np困难的。这是证明的草图。
假设我们有一个度为3的平面图形。我们来求这个图的最小顶点覆盖。根据维基百科的文章，这个问题对于3次以下的平面图形是np困难的。这可以通过平面3SAT的简化来证明。平面3SAT的硬度由3SAT降低而成。这两个证明都在Erik Demaine教授最近的“算法下界”讲座(第7和第9讲)中提出。
如果我们分割原始图的一些边(图中左边的图)，每条边都有偶数个额外的节点，结果图(图中右边的图)应该对原始顶点具有完全相同的最小顶点覆盖。这样的转换允许将图顶点对齐到网格上的任意位置。
如果我们将图顶点只放置在偶数行和列上(这样就不会有两条边与一个顶点形成锐角)，在有边的地方插入“1”，在其他网格位置插入“0”，我们可以使用原始问题的任何解决方案来找到最小顶点覆盖。
这将是一个贪婪的方法:
计算一个阶为n X m的“score”矩阵，其中score[i][j]是如果位置(i,j)被炸毁，则矩阵中各点的总扣除额。(一个点的最高分数是9分，最低分数是0分) 逐行移动，找到并选择第一个得分最高的位置(例如(i,j))。 炸弹(i, j)。增加炸弹数量。 如果原矩阵的所有元素都不为零，则转到1。
但我怀疑这是否是最佳解决方案。
编辑:
我上面提到的贪心方法，虽然有效，但很可能不能给我们最优的解决方案。所以我想应该添加一些DP的元素。
我想我们可以同意，在任何时候，具有最高“分数”(分数[I][j] =总扣分，如果(I,j)被炸)的位置之一必须被瞄准。从这个假设开始，下面是新的方法:
NumOfBombs(M):(返回所需的最小炸弹数量)
给定一个矩阵M (n X M)，如果M中的所有元素都为0，则返回0。 计算“分数”矩阵M。 设k个不同的位置P1 P2…Pk (1 <= k <= n*m)，为m中得分最高的位置。 return (1 + min(NumOfBombs(M1)， NumOfBombs(M2)，…， NumOfBombs(Mk)) M1, M2,……，Mk是我们轰炸位置P1, P2，…， Pk。
此外，如果我们想在此基础上破坏位置的顺序，我们必须跟踪“min”的结果。
我相信为了减少炸弹的数量，你只需要最大化伤害。 要做到这一点，需要检查具有最强力的区域。因此，您首先分析具有3x3核的场，并检查哪里的和更强。还有炸弹…一直这样做，直到场地变平。这个文件的答案是28
var oMatrix = [
[2,3,4,7,1],
[1,5,2,6,2],
[4,3,4,2,1],
[2,1,2,4,1],
[3,1,3,4,1],
[2,1,4,3,2],
[6,9,1,6,4]
]
var nBombs = 0;
do
{
var bSpacesLeftToBomb = false;
var nHigh = 0;
var nCellX = 0;
var nCellY = 0;
for(var y = 1 ; y<oMatrix.length-1;y++)
for(var x = 1 ; x<oMatrix[y].length-1;x++)
{
var nValue = 0;
for(var yy = y-1;yy<=y+1;yy++)
for(var xx = x-1;xx<=x+1;xx++)
nValue += oMatrix[yy][xx];
if(nValue>nHigh)
{
nHigh = nValue;
nCellX = x;
nCellY = y;
}
}
if(nHigh>0)
{
nBombs++;
for(var yy = nCellY-1;yy<=nCellY+1;yy++)
{
for(var xx = nCellX-1;xx<=nCellX+1;xx++)
{
if(oMatrix[yy][xx]<=0)
continue;
oMatrix[yy][xx] = --oMatrix[yy][xx];
}
}
bSpacesLeftToBomb = true;
}
}
while(bSpacesLeftToBomb);
alert(nBombs+'bombs');
我想不出一个计算实际数字的方法除非用我最好的启发式方法计算轰炸行动并希望得到一个合理的结果。
So my method is to compute a bombing efficiency metric for each cell, bomb the cell with the highest value, .... iterate the process until I've flattened everything. Some have advocated using simple potential damage (i.e. score from 0 to 9) as a metric, but that falls short by pounding high value cells and not making use of damage overlap. I'd calculate cell value - sum of all neighbouring cells, reset any positive to 0 and use the absolute value of anything negative. Intuitively this metric should make a selection that help maximise damage overlap on cells with high counts instead of pounding those directly.
下面的代码在28个炸弹中达到了测试场的完全破坏(注意，使用潜在伤害作为度量，结果是31!)
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
namespace StackOverflow
{
internal class Program
{
// store the battle field as flat array + dimensions
private static int _width = 5;
private static int _length = 7;
private static int[] _field = new int[] {
2, 3, 4, 7, 1,
1, 5, 2, 6, 2,
4, 3, 4, 2, 1,
2, 1, 2, 4, 1,
3, 1, 3, 4, 1,
2, 1, 4, 3, 2,
6, 9, 1, 6, 4
};
// this will store the devastation metric
private static int[] _metric;
// do the work
private static void Main(string[] args)
{
int count = 0;
while (_field.Sum() > 0)
{
Console.Out.WriteLine("Round {0}:", ++count);
GetBlastPotential();
int cell_to_bomb = FindBestBombingSite();
PrintField(cell_to_bomb);
Bomb(cell_to_bomb);
}
Console.Out.WriteLine("Done in {0} rounds", count);
}
// convert 2D position to 1D index
private static int Get1DCoord(int x, int y)
{
if ((x < 0) || (y < 0) || (x >= _width) || (y >= _length)) return -1;
else
{
return (y * _width) + x;
}
}
// Convert 1D index to 2D position
private static void Get2DCoord(int n, out int x, out int y)
{
if ((n < 0) || (n >= _field.Length))
{
x = -1;
y = -1;
}
else
{
x = n % _width;
y = n / _width;
}
}
// Compute a list of 1D indices for a cell neighbours
private static List<int> GetNeighbours(int cell)
{
List<int> neighbours = new List<int>();
int x, y;
Get2DCoord(cell, out x, out y);
if ((x >= 0) && (y >= 0))
{
List<int> tmp = new List<int>();
tmp.Add(Get1DCoord(x - 1, y - 1));
tmp.Add(Get1DCoord(x - 1, y));
tmp.Add(Get1DCoord(x - 1, y + 1));
tmp.Add(Get1DCoord(x, y - 1));
tmp.Add(Get1DCoord(x, y + 1));
tmp.Add(Get1DCoord(x + 1, y - 1));
tmp.Add(Get1DCoord(x + 1, y));
tmp.Add(Get1DCoord(x + 1, y + 1));
// eliminate invalid coords - i.e. stuff past the edges
foreach (int c in tmp) if (c >= 0) neighbours.Add(c);
}
return neighbours;
}
// Compute the devastation metric for each cell
// Represent the Value of the cell minus the sum of all its neighbours
private static void GetBlastPotential()
{
_metric = new int[_field.Length];
for (int i = 0; i < _field.Length; i++)
{
_metric[i] = _field[i];
List<int> neighbours = GetNeighbours(i);
if (neighbours != null)
{
foreach (int j in neighbours) _metric[i] -= _field[j];
}
}
for (int i = 0; i < _metric.Length; i++)
{
_metric[i] = (_metric[i] < 0) ? Math.Abs(_metric[i]) : 0;
}
}
//// Compute the simple expected damage a bomb would score
//private static void GetBlastPotential()
//{
// _metric = new int[_field.Length];
// for (int i = 0; i < _field.Length; i++)
// {
// _metric[i] = (_field[i] > 0) ? 1 : 0;
// List<int> neighbours = GetNeighbours(i);
// if (neighbours != null)
// {
// foreach (int j in neighbours) _metric[i] += (_field[j] > 0) ? 1 : 0;
// }
// }
//}
// Update the battle field upon dropping a bomb
private static void Bomb(int cell)
{
List<int> neighbours = GetNeighbours(cell);
foreach (int i in neighbours)
{
if (_field[i] > 0) _field[i]--;
}
}
// Find the best bombing site - just return index of local maxima
private static int FindBestBombingSite()
{
int max_idx = 0;
int max_val = int.MinValue;
for (int i = 0; i < _metric.Length; i++)
{
if (_metric[i] > max_val)
{
max_val = _metric[i];
max_idx = i;
}
}
return max_idx;
}
// Display the battle field on the console
private static void PrintField(int cell)
{
for (int x = 0; x < _width; x++)
{
for (int y = 0; y < _length; y++)
{
int c = Get1DCoord(x, y);
if (c == cell)
Console.Out.Write(string.Format("[{0}]", _field[c]).PadLeft(4));
else
Console.Out.Write(string.Format(" {0} ", _field[c]).PadLeft(4));
}
Console.Out.Write(" || ");
for (int y = 0; y < _length; y++)
{
int c = Get1DCoord(x, y);
if (c == cell)
Console.Out.Write(string.Format("[{0}]", _metric[c]).PadLeft(4));
else
Console.Out.Write(string.Format(" {0} ", _metric[c]).PadLeft(4));
}
Console.Out.WriteLine();
}
Console.Out.WriteLine();
}
}
}
产生的轰炸模式输出如下(左边是字段值，右边是度量值)
Round 1:
2 1 4 2 3 2 6 || 7 16 8 10 4 18 6
3 5 3 1 1 1 9 || 11 18 18 21 17 28 5
4 [2] 4 2 3 4 1 || 19 [32] 21 20 17 24 22
7 6 2 4 4 3 6 || 8 17 20 14 16 22 8
1 2 1 1 1 2 4 || 14 15 14 11 13 16 7
Round 2:
2 1 4 2 3 2 6 || 5 13 6 9 4 18 6
2 4 2 1 1 [1] 9 || 10 15 17 19 17 [28] 5
3 2 3 2 3 4 1 || 16 24 18 17 17 24 22
6 5 1 4 4 3 6 || 7 14 19 12 16 22 8
1 2 1 1 1 2 4 || 12 12 12 10 13 16 7
Round 3:
2 1 4 2 2 1 5 || 5 13 6 7 3 15 5
2 4 2 1 0 1 8 || 10 15 17 16 14 20 2
3 [2] 3 2 2 3 0 || 16 [24] 18 15 16 21 21
6 5 1 4 4 3 6 || 7 14 19 11 14 19 6
1 2 1 1 1 2 4 || 12 12 12 10 13 16 7
Round 4:
2 1 4 2 2 1 5 || 3 10 4 6 3 15 5
1 3 1 1 0 1 8 || 9 12 16 14 14 20 2
2 2 2 2 2 [3] 0 || 13 16 15 12 16 [21] 21
5 4 0 4 4 3 6 || 6 11 18 9 14 19 6
1 2 1 1 1 2 4 || 10 9 10 9 13 16 7
Round 5:
2 1 4 2 2 1 5 || 3 10 4 6 2 13 3
1 3 1 1 0 [0] 7 || 9 12 16 13 12 [19] 2
2 2 2 2 1 3 0 || 13 16 15 10 14 15 17
5 4 0 4 3 2 5 || 6 11 18 7 13 17 6
1 2 1 1 1 2 4 || 10 9 10 8 11 13 5
Round 6:
2 1 4 2 1 0 4 || 3 10 4 5 2 11 2
1 3 1 1 0 0 6 || 9 12 16 11 8 13 0
2 2 2 2 0 2 0 || 13 16 15 9 14 14 15
5 4 [0] 4 3 2 5 || 6 11 [18] 6 11 15 5
1 2 1 1 1 2 4 || 10 9 10 8 11 13 5
Round 7:
2 1 4 2 1 0 4 || 3 10 4 5 2 11 2
1 3 1 1 0 0 6 || 8 10 13 9 7 13 0
2 [1] 1 1 0 2 0 || 11 [15] 12 8 12 14 15
5 3 0 3 3 2 5 || 3 8 10 3 8 15 5
1 1 0 0 1 2 4 || 8 8 7 7 9 13 5
Round 8:
2 1 4 2 1 0 4 || 1 7 2 4 2 11 2
0 2 0 1 0 0 6 || 7 7 12 7 7 13 0
1 1 0 1 0 2 0 || 8 8 10 6 12 14 15
4 2 0 3 3 [2] 5 || 2 6 8 2 8 [15] 5
1 1 0 0 1 2 4 || 6 6 6 7 9 13 5
Round 9:
2 1 4 2 1 0 4 || 1 7 2 4 2 11 2
0 2 0 1 0 0 6 || 7 7 12 7 6 12 0
1 1 0 1 0 [1] 0 || 8 8 10 5 10 [13] 13
4 2 0 3 2 2 4 || 2 6 8 0 6 9 3
1 1 0 0 0 1 3 || 6 6 6 5 8 10 4
Round 10:
2 1 4 2 1 0 4 || 1 7 2 4 2 10 1
0 2 [0] 1 0 0 5 || 7 7 [12] 7 6 11 0
1 1 0 1 0 1 0 || 8 8 10 4 8 9 10
4 2 0 3 1 1 3 || 2 6 8 0 6 8 3
1 1 0 0 0 1 3 || 6 6 6 4 6 7 2
Round 11:
2 0 3 1 1 0 4 || 0 6 0 3 0 10 1
0 1 0 0 0 [0] 5 || 4 5 5 5 3 [11] 0
1 0 0 0 0 1 0 || 6 8 6 4 6 9 10
4 2 0 3 1 1 3 || 1 5 6 0 5 8 3
1 1 0 0 0 1 3 || 6 6 6 4 6 7 2
Round 12:
2 0 3 1 0 0 3 || 0 6 0 2 1 7 1
0 1 0 0 0 0 4 || 4 5 5 4 1 7 0
1 0 0 0 0 [0] 0 || 6 8 6 4 5 [9] 8
4 2 0 3 1 1 3 || 1 5 6 0 4 7 2
1 1 0 0 0 1 3 || 6 6 6 4 6 7 2
Round 13:
2 0 3 1 0 0 3 || 0 6 0 2 1 6 0
0 1 0 0 0 0 3 || 4 5 5 4 1 6 0
1 [0] 0 0 0 0 0 || 6 [8] 6 3 3 5 5
4 2 0 3 0 0 2 || 1 5 6 0 4 6 2
1 1 0 0 0 1 3 || 6 6 6 3 4 4 0
Round 14:
2 0 3 1 0 [0] 3 || 0 5 0 2 1 [6] 0
0 0 0 0 0 0 3 || 2 5 4 4 1 6 0
0 0 0 0 0 0 0 || 4 4 4 3 3 5 5
3 1 0 3 0 0 2 || 0 4 5 0 4 6 2
1 1 0 0 0 1 3 || 4 4 5 3 4 4 0
Round 15:
2 0 3 1 0 0 2 || 0 5 0 2 1 4 0
0 0 0 0 0 0 2 || 2 5 4 4 1 4 0
0 0 0 0 0 0 0 || 4 4 4 3 3 4 4
3 1 0 3 0 [0] 2 || 0 4 5 0 4 [6] 2
1 1 0 0 0 1 3 || 4 4 5 3 4 4 0
Round 16:
2 [0] 3 1 0 0 2 || 0 [5] 0 2 1 4 0
0 0 0 0 0 0 2 || 2 5 4 4 1 4 0
0 0 0 0 0 0 0 || 4 4 4 3 3 3 3
3 1 0 3 0 0 1 || 0 4 5 0 3 3 1
1 1 0 0 0 0 2 || 4 4 5 3 3 3 0
Round 17:
1 0 2 1 0 0 2 || 0 3 0 1 1 4 0
0 0 0 0 0 0 2 || 1 3 3 3 1 4 0
0 0 0 0 0 0 0 || 4 4 4 3 3 3 3
3 1 [0] 3 0 0 1 || 0 4 [5] 0 3 3 1
1 1 0 0 0 0 2 || 4 4 5 3 3 3 0
Round 18:
1 0 2 1 0 0 2 || 0 3 0 1 1 4 0
0 0 0 0 0 0 2 || 1 3 3 3 1 4 0
0 0 0 0 0 0 0 || 3 3 2 2 2 3 3
3 [0] 0 2 0 0 1 || 0 [4] 2 0 2 3 1
1 0 0 0 0 0 2 || 2 4 2 2 2 3 0
Round 19:
1 0 2 1 0 [0] 2 || 0 3 0 1 1 [4] 0
0 0 0 0 0 0 2 || 1 3 3 3 1 4 0
0 0 0 0 0 0 0 || 2 2 2 2 2 3 3
2 0 0 2 0 0 1 || 0 2 2 0 2 3 1
0 0 0 0 0 0 2 || 2 2 2 2 2 3 0
Round 20:
1 [0] 2 1 0 0 1 || 0 [3] 0 1 1 2 0
0 0 0 0 0 0 1 || 1 3 3 3 1 2 0
0 0 0 0 0 0 0 || 2 2 2 2 2 2 2
2 0 0 2 0 0 1 || 0 2 2 0 2 3 1
0 0 0 0 0 0 2 || 2 2 2 2 2 3 0
Round 21:
0 0 1 1 0 0 1 || 0 1 0 0 1 2 0
0 0 0 0 0 0 1 || 0 1 2 2 1 2 0
0 0 0 0 0 0 0 || 2 2 2 2 2 2 2
2 0 0 2 0 [0] 1 || 0 2 2 0 2 [3] 1
0 0 0 0 0 0 2 || 2 2 2 2 2 3 0
Round 22:
0 0 1 1 0 0 1 || 0 1 0 0 1 2 0
0 0 0 0 0 0 1 || 0 1 2 2 1 2 0
[0] 0 0 0 0 0 0 || [2] 2 2 2 2 1 1
2 0 0 2 0 0 0 || 0 2 2 0 2 1 1
0 0 0 0 0 0 1 || 2 2 2 2 2 1 0
Round 23:
0 0 1 1 0 0 1 || 0 1 0 0 1 2 0
0 0 [0] 0 0 0 1 || 0 1 [2] 2 1 2 0
0 0 0 0 0 0 0 || 1 1 2 2 2 1 1
1 0 0 2 0 0 0 || 0 1 2 0 2 1 1
0 0 0 0 0 0 1 || 1 1 2 2 2 1 0
Round 24:
0 0 0 0 0 0 1 || 0 0 0 0 0 2 0
0 0 0 0 0 0 1 || 0 0 0 0 0 2 0
0 0 [0] 0 0 0 0 || 1 1 [2] 2 2 1 1
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Round 25:
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Round 26:
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Round 27:
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Round 28:
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Done in 28 rounds
