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
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
其他回答
你可以把这个问题表示成整数规划问题。(这只是解决这个问题的一种可能的方法)
有分:
a b c d
e f g h
i j k l
m n o p
我们可以写出16个方程其中以点f为例
f <= ai + bi + ci + ei + fi + gi + ii + ji + ki
最小化所有索引的总和和整数解。
解当然是这些指标的和。
这可以通过将所有xi设置为边界0来进一步简化，因此在本例中最终得到4+1方程。
问题是没有解决这类问题的简单算法。我不是这方面的专家，但解决这个问题作为线性规划是NP困难。
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
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 25:
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 1 1 1 1 1
1 0 0 1 0 0 0 || 0 1 1 0 1 1 1
0 0 0 0 0 0 1 || 1 1 1 1 1 1 0
Round 26:
0 0 0 0 0 0 0 || 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 || 0 0 0 0 0 0 0
[0] 0 0 0 0 0 0 || [1] 1 1 1 1 0 0
1 0 0 1 0 0 0 || 0 1 1 0 1 1 1
0 0 0 0 0 0 1 || 1 1 1 1 1 1 0
Round 27:
0 0 0 0 0 0 0 || 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 || 0 0 0 0 0 0 0
0 0 [0] 0 0 0 0 || 0 0 [1] 1 1 0 0
0 0 0 1 0 0 0 || 0 0 1 0 1 1 1
0 0 0 0 0 0 1 || 0 0 1 1 1 1 0
Round 28:
0 0 0 0 0 0 0 || 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 || 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 || 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 [0] 0 || 0 0 0 0 0 [1] 1
0 0 0 0 0 0 1 || 0 0 0 0 0 1 0
Done in 28 rounds
如果你想要绝对最优解来清理棋盘，你将不得不使用经典的回溯，但如果矩阵非常大，它将需要很长时间才能找到最佳解，如果你想要一个“可能的”最优解，你可以使用贪婪算法，如果你需要帮助写算法，我可以帮助你
现在想想，这是最好的办法。在那里制作另一个矩阵，存储通过投掷炸弹而移除的点，然后选择点数最多的单元格，并在那里投掷炸弹更新点数矩阵，然后继续。例子:
2 3 5 -> (2+(1*3)) (3+(1*5)) (5+(1*3))
1 3 2 -> (1+(1*4)) (3+(1*7)) (2+(1*4))
1 0 2 -> (1+(1*2)) (0+(1*5)) (2+(1*2))
对于每个相邻的高于0的单元格，单元格值+1
这可以用深度为O(3^(n))的树来求解。其中n是所有平方和。
首先考虑用O(9^n)树来解决问题是很简单的，只需考虑所有可能的爆炸位置。有关示例，请参阅Alfe的实现。
接下来我们意识到，我们可以从下往上轰炸，仍然得到一个最小的轰炸模式。
Start from the bottom left corner. Bomb it to oblivion with the only plays that make sense (up and to the right). Move one square to the right. While the target has a value greater than zero, consider each of the 2 plays that make sense (straight up or up and to the right), reduce the value of the target by one, and make a new branch for each possibility. Move another to the right. While the target has a value greater than zero, consider each of the 3 plays that make sense (up left, up, and up right), reduce the value of the target by one, and make a new branch for each possibility. Repeat steps 5 and 6 until the row is eliminated. Move up a row and repeat steps 1 to 7 until the puzzle is solved.
这个算法是正确的，因为
有必要在某一时刻完成每一行。 完成一行总是需要一个游戏，一个在上面，一个在下面，或者在这一行内。 选择在未清除的最低行之上的玩法总是比选择在该行之上或该行之下的玩法更好。
在实践中，这个算法通常会比它的理论最大值做得更好，因为它会定期轰炸邻居并减少搜索的大小。如果我们假设每次轰炸都会减少4个额外目标的价值，那么我们的算法将运行在O(3^(n/4))或大约O(1.3^n)。
Because this algorithm is still exponential, it would be wise to limit the depth of the search. We might limit the number of branches allowed to some number, X, and once we are this deep we force the algorithm to choose the best path it has identified so far (the one that has the minimum total board sum in one of its terminal leaves). Then our algorithm is guaranteed to run in O(3^X) time, but it is not guaranteed to get the correct answer. However, we can always increase X and test empirically if the trade off between increased computation and better answers is worthwhile.
Pólya说:“如果你不能解决一个问题，那么有一个更容易解决的问题:找到它。”
显然更简单的问题是一维问题(当网格是单行时)。让我们从最简单的算法开始——贪婪地轰炸最大的目标。什么时候会出问题?
给定11 11，贪婪算法对先炸毁哪个单元格无关。当然，中心单元格更好——它一次将所有三个单元格归零。这就提出了一种新的算法a，“炸弹最小化剩余的总和”。这个算法什么时候会出错?
给定1 1 2 11 1，算法A在轰炸第2，第3或第4单元格之间是无所谓的。但是轰炸第二个单元格，留下0 0 11 11比轰炸第三个单元格，留下10 10 10 10 1好。如何解决这个问题?轰炸第三个单元格的问题是，左边的功和右边的功必须分开做。
“炸弹使剩余的总和最小化，但使左边(我们轰炸的地方)的最小值和右边的最小值最大化”如何?叫这个算法b，这个算法什么时候出错?
编辑:在阅读了评论之后，我同意一个更有趣的问题将是改变一维问题，使其两端连接起来。很乐意看到这方面的进展。
