• 787. K 站中转内最便宜的航班


    787. K 站中转内最便宜的航班

    这里给出两种实现方法:动态规划dijkstra单源最短路径算法

    class FindCheapestPrice:
        """
        787. K 站中转内最便宜的航班
        https://leetcode.cn/problems/cheapest-flights-within-k-stops/
        """
        def solution(self, n: int, flights: List[List[int]], src: int, dst: int, k: int) -> int:
            # 从起点 src 出发,k 步之内(⼀步就是⼀条边)到达节点 s 的最⼩路径权重为 dp(s, k)。
            # 将中转站个数转化成边的条数
            k += 1
            self.src = src
            self.dst = dst
            self.indegree = dict()
            self.memo = [[-666 for _ in range(k+1)] for _ in range(n)]
            for f in flights:
                start = f[0]
                end = f[1]
                weight = f[2]
                if end not in self.indegree:
                    self.indegree[end] = []
                self.indegree.get(end).append([start, weight])
    
            return self.dp(dst, k)
    
        def dp(self, s, k):
            """
            定义:从 src 出发,k 步之内到达 s 的最短路径权重
            :param s:
            :param k:
            :return:
            """
            if s == self.src:
                return 0
            if k == 0:
                return -1
    
            if self.memo[s][k] != -666:
                return self.memo[s][k]
            res = float('inf')
    
            if s not in self.indegree:
                return -1
    
            for v in self.indegree[s]:
                start = v[0]
                price = v[1]
                # 从 src 到达相邻的⼊度节点所需的最短路径权重
                subproblem = self.dp(start, k-1)
                # 跳过⽆解的情况
                if subproblem != -1:
                    res = min(res, subproblem+price)
    
            res = -1 if res == float('inf') else res
            self.memo[s][k] = res
    
            return res
    
        def solution2(self, n: int, flights: List[List[int]], src: int, dst: int, k: int) -> int:
            """
            应用dijkstra算法,和标准的dijkstra算法区别是,这里加入了最多中转次数k的限制,
            所以加入队列的条件会有变化。
            :param n:
            :param flights:
            :param src:
            :param dst:
            :param k:
            :return:
            """
            # 将中转站个数转化成边的条数
            k += 1
            self.src = src
            self.dst = dst
            self.graph = [[] for _ in range(n)]
            for f in flights:
                start = f[0]
                end = f[1]
                weight = f[2]
                self.graph[start].append([end, weight])
    
            return self.dijkstra(src, dst, k, self.graph)
    
        def dijkstra(self, src, dst, k, graph: List[List[int]]):
            """
            输⼊⼀个起点 src,计算从 src 到其他节点的最短距离
            :param start:
            :param graph:
            :return:
            """
            import heapq
            v = len(graph)
            # dp table,distTo[i]可理解为节点s到节点i的最短路劲,后续要不停地更新该表
            # 定义:从起点 src 到达节点 i 的最短路径权重为 distTo[i]
            # 定义:从起点 src 到达节点 i 的最⼩权重路径⾄少要经过 nodeNumTo[i] 个节点
            distTo = [float('inf')] * v
            nodeNumTo = [float('inf')] * v
            # base case
            distTo[src] = 0
            nodeNumTo[src] = 0
    
            min_heap = []
            # 从起点s开始BFS
            heapq.heappush(min_heap, self.State(src, 0, 0))
    
            while min_heap:
                curState = heapq.heappop(min_heap)
                curNodeID = curState.id
                curCostFromStart = curState.costFromStart
                curNodeNumFromStart = curState.nodeNumFromStart
    
                # 找到最短路径
                if curNodeID == dst:
                    return curCostFromStart
    
                # 中转次数耗尽
                if curNodeNumFromStart == k:
                    continue
    
                # 遍历curNodeID的相邻节点
                for neighbor in graph[curNodeID]:
                    nextNodeID = neighbor[0]
                    costToNextNode = curCostFromStart + neighbor[1]
                    nextNodeNumFromSrc = curNodeNumFromStart + 1
    
                    # 剪枝,如果中转次数更多,花费还更⼤,那必然不会是最短路径
                    if costToNextNode > distTo[nextNodeID] and \
                        nextNodeNumFromSrc > nodeNumTo[nextNodeID]:
                        continue
    
                    if costToNextNode < distTo[nextNodeID]:
                        # 更新dp table
                        distTo[nextNodeID] = costToNextNode
                        nodeNumTo[nextNodeID] = nextNodeNumFromSrc
    
                    # 将该邻居节点加入优先级队列
                    heapq.heappush(min_heap, self.State(nextNodeID, costToNextNode, nextNodeNumFromSrc))
    
            return -1
    
        class State:
            def __init__(self, id, costFromStart, nodeNumFromStart):
                """
                :param id: 图节点的 id
                :param costFromStart: 从 src 节点到当前节点的花费
                :param nodeNumFromStart: 从 src 节点到当前节点经过的节点个数
                """
                self.id = id
                self.costFromStart = costFromStart
                self.nodeNumFromStart = nodeNumFromStart
    
            def __lt__(self, other):
                if self.costFromStart < other.costFromStart:
                    return True
                return False
    
    
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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/qq_32275289/article/details/132956666