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【LeetCode】1514and191(Dijkstra算法应用,最小路径算法。二进制运算)

时间:2023-04-29
Dijkstra 算法应用

有关Dijkstra 算法基础可以参考之前的文章:
【LeetCode】1631 and 145(Dijkstra 算法应用,最小路径算法)

【LeetCode】743 and 917(Dijkstra 算法,最小路径算法)
额外问题:
如果我只想计算起点 start 到某⼀个终点 end 的最短路径,是否可以修改算法,提升⼀些效率?
肯定可以的,因为我们标准 Dijkstra 算法会算出 start 到所有其他节点的最短路径,你只想计算到 end 的最短路径,相当于减少计算量,当然可以提升效率。
需要在代码中做的修改也⾮常少,只要改改函数签名,再加个 if 判断就⾏了:

# 返回节点from 到 节点 to 之间边的权重def weight(form ,to)# 图的邻接表graph = {}# 输入一幅图和⼀个起点 start,计算 start 到其他节点的最短距离。def dijkstra(start, graph):# 图中节点个数n = len(graph)# 记录最短路径的权重# 定义:distTo[i] 的值就是节点 start 到达节点 i 的最短路径权重。初始化为正无穷distTo = [float("inf") for _ in range(n)]# base case,start 到 start 的最短距离就是 0distTo[start] = 0# 优先队列,distFromStart 较⼩的排在前⾯。# 贪心思维,对于每个状态,选择权值最小的那条边前进pq = PriorityQueue()# 从起点开始进行BFSpq.put([0, start])while not pq.empty():curDistFromStart, curNodeId = pq.get()# 在这⾥加⼀个判断就⾏了,其他代码不⽤改if (curNodeID == end):return curDistFromStartif (curDistFromStart > distTo[curNodeID]):# 已经有⼀条更短的路径到达 curNode 节点了continue# 将curNode的相邻节点装入队列,(层序遍历)for nextNodeID in graph[curNodeID]:# 看看从 curNode 达到 nextNode 的距离是否会更近distTonextNode = distTo[curNodeID] + weight(curNodeID,nextNodeID)if distTo[nextNodeID] > distToNextNode:# 更新 dp tabledistTo[nextNodeID] = distTonextNode# 将这个节点以及距离放⼊队列pq.put(distToNextNode, nextNodeID)# 如果运⾏到这⾥,说明从 start ⽆法⾛到 endreturn float("inf")

因为优先级队列⾃动排序的性质,每次从队列⾥⾯拿出来的都是distFromStart 值最⼩的,所以当你第⼀次从队列中拿出终点 end 时,此时的 distFromStart 对应的值就是从 start 到 end 的最短距离。
这个算法较之前的实现提前 return 了,所以效率有⼀定的提⾼。
下面本文将从实例出发,应用上述框架进行求解。

1514、概率最大的路径



解法:Dijkstra 算法
Dijkstra 和很多最优化算法⼀样,计算的是「最优值」,这个最优
值可能是最⼤值,也可能是最⼩值。
标准 Dijkstra 算法是计算最短路径的,但你有想过为什么 Dijkstra 算法不允许存在负权重边么?
因为 Dijkstra 计算最短路径的正确性依赖⼀个前提:路径中每增加⼀条边,路径的总权重就会增加。
如果你想计算最⻓路径,路径中每增加⼀条边,路径的总权重就会减少,要是能够满⾜这个条件,也可以⽤Dijkstra 算法。
你看这道题是不是符合这个条件?边和边之间是乘法关系,每条边的概率都是⼩于 1 的,所以肯定会越乘越⼩。
只不过,这道题的解法要把优先级队列的排序顺序反过来,⼀些 if ⼤⼩判断也要反过来,我们直接看解法代码吧:

class Solution: def maxProbability(self, n: int, edges: List[List[int]], succProb: List[float], start: int, end: int) -> float: graph = collections.defaultdict(list) # 无向图的构造 for i, (x, y) in enumerate(edges): graph[x].append((succProb[i], y)) graph[y].append((succProb[i], x)) que = [(-1.0, start)] prob = [0.0] * n prob[start] = 1.0 while que: pr, node = heapq.heappop(que) pr = -pr if node == end: return prob[end] if pr < prob[node]: continue for prNext, nodeNext in graph[node]: if prob[nodeNext] < prob[node] * prNext: prob[nodeNext] = prob[node] * prNext heapq.heappush(que, (-prob[nodeNext], nodeNext)) return prob[end]

191、位1的个数



解法:循环检查二进制位

我们可以直接循环检查给定整数 n 的二进制位的每一位是否为 1。
具体代码中,当检查第 i 位时,我们可以让 n与 2 i 2^i 2i 进行与运算,当且仅当 n 的第 i 位为 1 时,运算结果不为 0。

class Solution: def hammingWeight(self, n: int) -> int: ret = sum(1 for i in range(32) if n & (1 << i)) return ret

解法2:位运算优化

class Solution: def hammingWeight(self, n: int) -> int: ret = 0 while n: n &= n - 1 ret += 1 return ret

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