矩阵中的路径 DFS+剪枝
给定一个 m x n 二维字符网格 board 和一个字符串单词 word 。如果 word 存在于网格中,返回 true ;否则,返回 false 。
单词必须按照字母顺序,通过相邻的单元格内的字母构成,其中“相邻”单元格是那些水平相邻或垂直相邻的单元格。同一个单元格内的字母不允许被重复使用。
深度优先搜索: 可以理解为暴力法遍历矩阵中所有字符串可能性。DFS 通过递归,先朝一个方向搜到底,再回溯至上个节点,沿另一个方向搜索,以此类推。
剪枝: 在搜索中,遇到 这条路不可能和目标字符串匹配成功 的情况(例如:此矩阵元素和目标字符不同、此元素已被访问),则应立即返回,称之为 可行性剪枝 。
DFS 解析:
递归参数: 当前元素在矩阵 board 中的行列索引 i 和 j ,当前目标字符在 word 中的索引 k 。
终止条件:
返回 falsefalse : (1) 行或列索引越界 或 (2) 当前矩阵元素与目标字符不同 或 (3) 当前矩阵元素已访问过 ( (3) 可合并至 (2) ) 。
返回 truetrue : k = len(word) - 1 ,即字符串 word 已全部匹配。
递推工作:
标记当前矩阵元素: 将 board[i][j] 修改为 空字符 '' ,代表此元素已访问过,防止之后搜索时重复访问。
搜索下一单元格: 朝当前元素的 上、下、左、右 四个方向开启下层递归,使用 或 连接 (代表只需找到一条可行路径就直接返回,不再做后续 DFS ),并记录结果至 res 。
还原当前矩阵元素: 将 board[i][j] 元素还原至初始值,即 word[k] 。
返回值: 返回布尔量 res ,代表是否搜索到目标字符串。
使用空字符(Python: '' , Java/C++: '\0' )做标记是为了防止标记字符与矩阵原有字符重复。当存在重复时,此算法会将矩阵原有字符认作标记字符,从而出现错误。
复杂度分析:
M,N 分别为矩阵行列大小, K为字符串 word 长度。时间复杂度 O(3^K*MN)最差情况下,需要遍历矩阵中长度为 K 字符串的所有方案,时间复杂度为 O(3^K)矩阵中共有 MNMN 个起点,时间复杂度为 O(MN)
方案数计算: 设字符串长度为 K ,搜索中每个字符有上、下、左、右四个方向可以选择,舍弃回头(上个字符)的方向,剩下 3种选择,因此方案数的复杂度为 O(3^K)。
空间复杂度 O(K): 搜索过程中的递归深度不超过 K ,因此系统因函数调用累计使用的栈空间占用 O(K) (因为函数返回后,系统调用的栈空间会释放)。最坏情况下 K = MN ,递归深度为 MN,此时系统栈使用 O(MN)的额外空间。
代码实现:
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