【4.5】图搜索算法-BFS和DFS求岛屿的最大面积

一、题目

        给定一个包含了一些 0 和 1 的非空二维数组 grid 。一个岛屿是由一些相邻的 1 (代表土地)构成的组合, 这里的「相邻」要求两个1必须在水 平或者竖直方向上相邻 。你可以假设 grid 的四个边缘都被0(代表水)包围着。 找到给定的二维数组中最大的岛屿面积。(如果没有岛屿,则返回面积为0。)

示例 1:
[ [ 0 , 0 , 1 , 0 , 0 , 0 , 0 , 1 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 ] ,
[ 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 1 , 1 , 1 , 0 , 0 , 0 ] ,
[ 0 , 1 , 1 , 0 , 1 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 ] ,
[ 0 , 1 , 0 , 0 , 1 , 1 , 0 , 0 , 1 , 0 , 1 , 0 , 0 ] ,
[ 0 , 1 , 0 , 0 , 1 , 1 , 0 , 0 , 1 , 1 , 1 , 0 , 0 ] ,
[ 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 1 , 0 , 0 ] ,
[ 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 1 , 1 , 1 , 0 , 0 , 0 ] ,
[ 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 1 , 1 , 0 , 0 , 0 , 0 ] ]
对 于 上 面 这 个 给 定 矩 阵 应 返 回 6 。 注 意 答 案 不 应 该 是 11 , 因 为 岛 屿 只 能 包 含 水 平 或 垂 直 的四个方向的 1 。
示例 2:
[ [ 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 ] ]
对于上面这个给定的矩阵, 返回 0
注意: 给定的矩阵 grid 的长度和宽度都不超过 50。

二、解题思路

DFS思路:

        这道题目无论使用深度优先搜索(DFS)还是广度优先搜索(BFS)都可以很好地解决。DFS的策略是沿着一个方向不断深入探索,直到不满足条件为止(例如走出网格的边界,或者当前位置的值为0)。就像下面

BFS思路:

        BFS可以通过使用一个队列来实现。其实现原理是:如果一个位置的值为1,我们就将其上下左右四个方向上值为1的点的坐标全部加入队列中,然后将当前位置的值改为0,以防止重复计算。接着,从队列中逐个取出元素,并重复上述操作,直到队列为空为止。例如,当遍历到红色的1时,我们会将其上下左右四个方向上值为1的位置坐标全部加入队列中。

三、代码实现

DFS实现方式:

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>using namespace std;int dfs(vector<vector<int>>& grid, int i, int j) {// 边界条件的判断if (i >= 0 && i < grid.size() && j >= 0 && j < grid[0].size() && grid[i][j] == 1) {// 当前位置如果是1,为了防止重复计算就把他置为0,然后再从他的上下左右四个方向开始查找grid[i][j] = 0;return 1 + dfs(grid, i + 1, j) + dfs(grid, i - 1, j) + dfs(grid, i, j - 1) + dfs(grid, i, j + 1);}return 0;
}int maxAreaOfIsland(vector<vector<int>>& grid) {int maxArea = 0;for (int i = 0; i < grid.size(); i++) {for (int j = 0; j < grid[0].size(); j++) {if (grid[i][j] == 1) { // 如果当前位置是1,开始计算maxArea = max(maxArea, dfs(grid, i, j));}}}return maxArea;
}int main() {// 示例网格vector<vector<int>> grid = {{0, 1, 0, 0, 1},{1, 1, 0, 0, 0},{0, 0, 1, 1, 0},{0, 0, 0, 1, 1}};int result = maxAreaOfIsland(grid);cout << "最大岛屿面积: " << result << endl;return 0;
}

BFS实现方式:

#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
#include <algorithm>using namespace std;int bfs(vector<vector<int>>& grid, int i, int j) {int m = grid.size(), n = grid[0].size();if (grid[i][j] == 0)return 0;grid[i][j] = 0;// 队列中存储的是个二维数组,这个二维数组就是格子的坐标queue<pair<int, int>> q;// 添加到队列的末尾q.push({i, j});// 分别表示右,左,下,上,四个方向vector<pair<int, int>> dirs = {{1, 0}, {-1, 0}, {0, 1}, {0, -1}};int res = 1;while (!q.empty()) {// 从队列的头部移除一个元素pair<int, int> pos = q.front();q.pop();// 然后从pos坐标的4个方向再分别查找for (auto dir : dirs) {int x = dir.first + pos.first;int y = dir.second + pos.second;// 边界条件的判断if (x < 0 || x >= m || y < 0 || y >= n || grid[x][y] == 0) {continue;}grid[x][y] = 0;res++;q.push({x, y});}}return res;
}int maxAreaOfIsland(vector<vector<int>>& grid) {int maxArea = 0;for (int i = 0; i < grid.size(); i++) {for (int j = 0; j < grid[0].size(); j++) {if (grid[i][j] == 1) { // 如果当前位置是1,开始计算maxArea = max(maxArea, bfs(grid, i, j));}}}return maxArea;
}int main() {// 示例网格vector<vector<int>> grid = {{0, 1, 0, 0, 1},{1, 1, 0, 0, 0},{0, 0, 1, 1, 0},{0, 0, 0, 1, 1}};int result = maxAreaOfIsland(grid);cout << "最大岛屿面积: " << result << endl;return 0;
}
        如果对图的遍历比较了解的话,这两种方式很容易想到,一个是沿着一个方向一直走下去,一个就像波浪一样,沿着一个点然后往四周一圈一圈的发散。

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