{ }codelper
广度优先搜索P0119

最多打破 K 堵墙的捷径

给出一张 R 行 C 列的地图。
'.' 是空格,'#' 是墙。
从左上角的格子出发,想走到右下角的格子。
这两个格子一定是空格。
每移动一次,走到上下左右相邻的一个格子(不能走出地图)。
可以把墙打破后走进墙所在的格子,但整条路上一共最多只能打破 K 堵墙。
打破过的墙所在的格子变成空格,再次经过时不算再打破一次。
打破墙走进去也算移动一次。
输出走到右下角所需的最少移动次数。
如果到不了,输出 -1;如果地图只有一格,输出 0。

输入
第一行给出 R、C、K,接下来 R 行每行是只由 '.' 和 '#' 组成的长度为 C 的字符串。
1 ≤ R, C ≤ 30,0 ≤ K ≤ 10。
左上角和右下角的格子是 '.'。
输出
最少移动次数,或 -1
样例 1 · stdin
4 5 1
...#.
##.#.
...#.
.###.
stdout
7
样例 2 · stdin
4 5 0
...#.
##.#.
...#.
.###.
stdout
-1
main.py
输入(stdin)

运行时这些行会依次作为 input()/标准输入传入(运行中不会等待输入)。

$ 就绪

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最少移动次数用广度优先搜索(BFS):用队列从近处向外扩散,第一次到达终点时就是答案。
把队列换成栈(深度优先),最先找到的路可能是绕远的。
这道题的关键是状态:同一个格子,打破 2 堵墙到达和打破 0 堵墙到达,之后能去的地方不一样。
所以"已访问"要按(格子, 已破墙数)标记,而不是只按格子——只按格子标记的话,破了墙先到的路会占住这个格子,破墙更少、稍晚到达的路就被挡住了(最常见的陷阱)。
状态最多 30 × 30 × 11 = 9,900 个,每个状态只入队一次就很快。
走进墙时要检查"进去之后的破墙数 ≤ K";检查"进去之前的破墙数 ≤ K"会打破 K + 1 堵墙。
存状态的方式各语言也不同:Python 用三维列表 [[[-1] * (k + 1) for _ in range(c)] for _ in range(r)] 和 deque 里的元组,Java int[r][c][k + 1](建好是 0,要用 Arrays.fill 填 -1)和 ArrayDeque<int[]>,C# new int[r, c, k + 1](矩形三维数组)和具名元组 Queue<(int y, int x, int used)>,C++ 三层 std::vector 和 std::queue<std::tuple<int, int, int>>(用结构化绑定 auto [y, x, used] 取出)。
C、JavaScript、TypeScript、Craykon 把状态展开成一个数 (y * c + x) * (k + 1) + used,存进一个一维数组;队列只往列表末尾添加,靠移动队首下标(head)来取出(C、Craykon 在队列里也放这个数,JavaScript、TypeScript 放 [y, x, used])。
Craykon 的列表最多 10,000 个元素,所以范围定得让状态数最多 9,900。
Craykon 拆回状态时 / 会除出小数,要用 数学.商(s, k + 1) 和 %。

Pythonmain.py · 25 行
from collections import deque r, c, k = map(int, input().split())grid = [input().strip() for _ in range(r)] # 상태 = (칸, 지금까지 부순 벽 수). 같은 칸이라도 부순 수가 다르면 다른 상태다# dist[y][x][used] = 그 상태까지 가장 적은 이동 횟수(-1은 아직 못 감)dist = [[[-1] * (k + 1) for _ in range(c)] for _ in range(r)]dist[0][0][0] = 0queue = deque([(0, 0, 0)])answer = -1while queue:    y, x, used = queue.popleft()    if (y, x) == (r - 1, c - 1):        answer = dist[y][x][used]  # 너비 우선 탐색(BFS)이라 처음 닿을 때가 가장 짧다        break    for dy, dx in ((1, 0), (-1, 0), (0, 1), (0, -1)):        ny, nx = y + dy, x + dx        if not (0 <= ny < r and 0 <= nx < c):            continue        nused = used + (1 if grid[ny][nx] == "#" else 0)        if nused <= k and dist[ny][nx][nused] == -1:            dist[ny][nx][nused] = dist[y][x][used] + 1            queue.append((ny, nx, nused))print(answer)
JavaScriptmain.js · 28 行
const lines = require("fs").readFileSync(0, "utf8").split("\n");const [r, c, k] = lines[0].trim().split(/\s+/).map(Number);const grid = lines.slice(1, 1 + r).map((s) => s.trim());const STEPS = [[1, 0], [-1, 0], [0, 1], [0, -1]]; // 상태 = (칸, 지금까지 부순 벽 수)를 수 하나로: (y * c + x) * (k + 1) + usedconst id = (y, x, used) => (y * c + x) * (k + 1) + used;const dist = new Array(r * c * (k + 1)).fill(-1);dist[id(0, 0, 0)] = 0;const queue = [[0, 0, 0]];let answer = -1;for (let head = 0; head < queue.length; head++) {  const [y, x, used] = queue[head];  if (y === r - 1 && x === c - 1) {    answer = dist[id(y, x, used)]; // 너비 우선 탐색(BFS)이라 처음 닿을 때가 가장 짧다    break;  }  for (const [dy, dx] of STEPS) {    const ny = y + dy, nx = x + dx;    if (ny < 0 || ny >= r || nx < 0 || nx >= c) continue;    const nused = used + (grid[ny][nx] === "#" ? 1 : 0);    if (nused <= k && dist[id(ny, nx, nused)] === -1) {      dist[id(ny, nx, nused)] = dist[id(y, x, used)] + 1;      queue.push([ny, nx, nused]);    }  }}console.log(answer);
TypeScriptmain.ts · 30 行
import { readFileSync } from "node:fs"; const lines: string[] = readFileSync(0, "utf8").split("\n");const [r, c, k]: number[] = lines[0].trim().split(/\s+/).map(Number);const grid: string[] = lines.slice(1, 1 + r).map((s) => s.trim());const STEPS: [number, number][] = [[1, 0], [-1, 0], [0, 1], [0, -1]]; // 상태 = (칸, 지금까지 부순 벽 수)를 수 하나로: (y * c + x) * (k + 1) + usedconst id = (y: number, x: number, used: number): number => (y * c + x) * (k + 1) + used;const dist: number[] = new Array<number>(r * c * (k + 1)).fill(-1);dist[id(0, 0, 0)] = 0;const queue: [number, number, number][] = [[0, 0, 0]];let answer = -1;for (let head = 0; head < queue.length; head++) {  const [y, x, used] = queue[head];  if (y === r - 1 && x === c - 1) {    answer = dist[id(y, x, used)]; // 너비 우선 탐색(BFS)이라 처음 닿을 때가 가장 짧다    break;  }  for (const [dy, dx] of STEPS) {    const ny = y + dy, nx = x + dx;    if (ny < 0 || ny >= r || nx < 0 || nx >= c) continue;    const nused = used + (grid[ny][nx] === "#" ? 1 : 0);    if (nused <= k && dist[id(ny, nx, nused)] === -1) {      dist[id(ny, nx, nused)] = dist[id(y, x, used)] + 1;      queue.push([ny, nx, nused]);    }  }}console.log(answer);
JavaMain.java · 45 行
import java.io.BufferedReader;import java.io.IOException;import java.io.InputStreamReader;import java.util.ArrayDeque;import java.util.StringTokenizer; public class Main {    public static void main(String[] args) throws IOException {        BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));        StringTokenizer st = new StringTokenizer(in.readLine());        int r = Integer.parseInt(st.nextToken());        int c = Integer.parseInt(st.nextToken());        int k = Integer.parseInt(st.nextToken());        String[] grid = new String[r];        for (int y = 0; y < r; y++) grid[y] = in.readLine().trim();        int[] dy = {1, -1, 0, 0}, dx = {0, 0, 1, -1};         // 상태 = (칸, 지금까지 부순 벽 수). 같은 칸이라도 부순 수가 다르면 다른 상태다        int[][][] dist = new int[r][c][k + 1];        for (int[][] plane : dist)            for (int[] cell : plane) java.util.Arrays.fill(cell, -1);        dist[0][0][0] = 0;        ArrayDeque<int[]> queue = new ArrayDeque<>();        queue.addLast(new int[] {0, 0, 0});        int answer = -1;        while (!queue.isEmpty()) {            int[] cur = queue.pollFirst();            int y = cur[0], x = cur[1], used = cur[2];            if (y == r - 1 && x == c - 1) {                answer = dist[y][x][used]; // 너비 우선 탐색(BFS)이라 처음 닿을 때가 가장 짧다                break;            }            for (int d = 0; d < 4; d++) {                int ny = y + dy[d], nx = x + dx[d];                if (ny < 0 || ny >= r || nx < 0 || nx >= c) continue;                int nused = used + (grid[ny].charAt(nx) == '#' ? 1 : 0);                if (nused <= k && dist[ny][nx][nused] == -1) {                    dist[ny][nx][nused] = dist[y][x][used] + 1;                    queue.addLast(new int[] {ny, nx, nused});                }            }        }        System.out.println(answer);    }}
C#Main.cs · 47 行
using System;using System.Collections.Generic; class Program{    static void Main()    {        string[] first = Console.ReadLine().Split(' ', StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries);        int r = int.Parse(first[0]);        int c = int.Parse(first[1]);        int k = int.Parse(first[2]);        var grid = new string[r];        for (int y = 0; y < r; y++) grid[y] = Console.ReadLine().Trim();        int[] dy = { 1, -1, 0, 0 }, dx = { 0, 0, 1, -1 };         // 상태 = (칸, 지금까지 부순 벽 수). 같은 칸이라도 부순 수가 다르면 다른 상태다        var dist = new int[r, c, k + 1];        for (int y = 0; y < r; y++)            for (int x = 0; x < c; x++)                for (int u = 0; u <= k; u++) dist[y, x, u] = -1;        dist[0, 0, 0] = 0;        var queue = new Queue<(int y, int x, int used)>();        queue.Enqueue((0, 0, 0));        int answer = -1;        while (queue.Count > 0)        {            var (cy, cx, used) = queue.Dequeue();            if (cy == r - 1 && cx == c - 1)            {                answer = dist[cy, cx, used]; // 너비 우선 탐색(BFS)이라 처음 닿을 때가 가장 짧다                break;            }            for (int d = 0; d < 4; d++)            {                int ny = cy + dy[d], nx = cx + dx[d];                if (ny < 0 || ny >= r || nx < 0 || nx >= c) continue;                int nused = used + (grid[ny][nx] == '#' ? 1 : 0);                if (nused <= k && dist[ny, nx, nused] == -1)                {                    dist[ny, nx, nused] = dist[cy, cx, used] + 1;                    queue.Enqueue((ny, nx, nused));                }            }        }        Console.WriteLine(answer);    }}
C++main.cpp · 38 行
#include <iostream>#include <queue>#include <string>#include <tuple>#include <vector> int main() {    int r, c, k;    std::cin >> r >> c >> k;    std::vector<std::string> grid(r);    for (auto& row : grid) std::cin >> row;    const int DY[4] = {1, -1, 0, 0}, DX[4] = {0, 0, 1, -1};     // 상태 = (칸, 지금까지 부순 벽 수). 같은 칸이라도 부순 수가 다르면 다른 상태다    std::vector<std::vector<std::vector<int>>> dist(r, std::vector<std::vector<int>>(c, std::vector<int>(k + 1, -1)));    std::queue<std::tuple<int, int, int>> q;    dist[0][0][0] = 0;    q.push({0, 0, 0});    int answer = -1;    while (!q.empty()) {        auto [y, x, used] = q.front();        q.pop();        if (y == r - 1 && x == c - 1) {            answer = dist[y][x][used]; // 너비 우선 탐색(BFS)이라 처음 닿을 때가 가장 짧다            break;        }        for (int d = 0; d < 4; d++) {            int ny = y + DY[d], nx = x + DX[d];            if (ny < 0 || ny >= r || nx < 0 || nx >= c) continue;            int nused = used + (grid[ny][nx] == '#' ? 1 : 0);            if (nused <= k && dist[ny][nx][nused] == -1) {                dist[ny][nx][nused] = dist[y][x][used] + 1;                q.push({ny, nx, nused});            }        }    }    std::cout << answer << "\n";}
Cmain.c · 42 行
#include <stdio.h> #define MAXS (30 * 30 * 11) static char grid[30][32];static int dist[MAXS];static int queue[MAXS]; /* 상태마다 한 번만 넣으니 상태 수만큼이면 된다 */ int main(void) {    int r, c, k;    scanf("%d %d %d", &r, &c, &k);    for (int y = 0; y < r; y++) scanf("%31s", grid[y]);    const int DY[4] = {1, -1, 0, 0}, DX[4] = {0, 0, 1, -1};     /* 상태 = (칸, 지금까지 부순 벽 수)를 수 하나로: (y * c + x) * (k + 1) + used */    int states = r * c * (k + 1);    for (int s = 0; s < states; s++) dist[s] = -1;    int head = 0, tail = 0, answer = -1;    dist[0] = 0;    queue[tail++] = 0;    while (head < tail) {        int s = queue[head++];        int used = s % (k + 1), cell = s / (k + 1);        int y = cell / c, x = cell % c;        if (y == r - 1 && x == c - 1) {            answer = dist[s]; /* 너비 우선 탐색(BFS)이라 처음 닿을 때가 가장 짧다 */            break;        }        for (int d = 0; d < 4; d++) {            int ny = y + DY[d], nx = x + DX[d];            if (ny < 0 || ny >= r || nx < 0 || nx >= c) continue;            int nused = used + (grid[ny][nx] == '#');            int ns = (ny * c + nx) * (k + 1) + nused;            if (nused <= k && dist[ns] == -1) {                dist[ns] = dist[s] + 1;                queue[tail++] = ns;            }        }    }    printf("%d\n", answer);    return 0;}
Craykonmain.cray · 55 行
첫줄 = 控制台.读数字();r = 첫줄[0];c = 첫줄[1];k = 첫줄[2];grid = [];循环 (i = 0; i < r; i++){    grid.添加(控制台.读行().去空白());}DY = [1, -1, 0, 0];DX = [0, 0, 1, -1]; // 상태 = (칸, 지금까지 부순 벽 수)를 수 하나로: (y * c + x) * (k + 1) + used// 상태는 많아야 30 × 30 × 11 = 9,900개라 목록 하나(10,000칸까지)에 들어간다dist = 新列表(r * c * (k + 1), -1);dist[0] = 0;queue = [0];head = 0;answer = -1;当 (head < queue.数量 && answer == -1){    s = queue[head];    head += 1;    used = s % (k + 1);    cell = 数学.商(s, k + 1);    y = 数学.商(cell, c);    x = cell % c;    如果 (y == r - 1 && x == c - 1)    {        answer = dist[s]; // 너비 우선 탐색(BFS)이라 처음 닿을 때가 가장 짧다    }    否则    {        循环 (d = 0; d < 4; d++)        {            ny = y + DY[d];            nx = x + DX[d];            如果 (ny >= 0 && ny < r && nx >= 0 && nx < c)            {                nused = used;                如果 (grid[ny][nx] == "#")                {                    nused += 1;                }                ns = (ny * c + nx) * (k + 1) + nused;                如果 (nused <= k && dist[ns] == -1)                {                    dist[ns] = dist[s] + 1;                    queue.添加(ns);                }            }        }    }}控制台.输出(answer);