BFS解决多源最短路问题_01矩阵_C++【含多源最短路问题介绍+dist数组介绍】

0. 多源最短路问题介绍

如图，红色是出发点，蓝色是终点。以前我们做的题中，出发点只有一个，所谓多源的意思就是，出发点有多个，求最短路径。

当然，这种题的解题思路就是，将所有的出发点，合在一起，变成一个超级源点，直接计算从这个超级源点出发，到目标点的最短距离即可。

1. 题目解析+算法分析

leetcode链接：https://leetcode.cn/problems/2bCMpM/description/

1. 题目解析

• 给定一个由 0 和 1 组成的矩阵 mat ，请输出一个大小相同的矩阵，其中每一个格子是 mat 中对应位置元素到最近的 0 的距离。两个相邻元素间的距离为 1 。

• 示例 1：

输入：mat = [[0,0,0],[0,1,0],[0,0,0]]
输出：[[0,0,0],[0,1,0],[0,0,0]]

• 示例 2：

输入：mat = [[0,0,0],[0,1,0],[1,1,1]]
输出：[[0,0,0],[0,1,0],[1,2,1]]

2. 算法分析

• 我们可以将所有的0先入队列，这一步是形成超级源点的一步。然后开始bfs向外搜索。

2. 代码实现

1. 版本1：vis数组版

class Solution {
    int dx[4] = {0, 0, 1, -1};
    int dy[4] = {1, -1, 0, 0};
    int m, n;

public: 
    vector<vector<int>> updateMatrix(vector<vector<int>>& mat) 
    {
        m = mat.size(), n = mat[0].size();
        bool vis[m][n];

        // 1. 将所有的源点0入队
        queue<pair<int, int>> q;
        for (int i = 0; i < m; i++)
        {
            for (int j = 0; j < n; j++)
            {
                if (mat[i][j] == 0) 
                {
                    q.push({i, j});
                    vis[i][j] = true;
                }
                else
                {
                    vis[i][j] = false;
                }
            }
        }

        // 2. 开始搜索
        int count = 0;
        while (q.size())
        {
            count++;
            int sz = q.size();
            while (sz--)
            {
                auto [a, b] = q.front();
                q.pop();
                for (int i = 0; i < 4; i++)
                {
                    int x = a + dx[i], y = b + dy[i];
                    if (x >= 0 && x < m && y >= 0 && y < n && mat[x][y] && !vis[x][y])
                    {
                        mat[x][y] = count;
                        q.push({x, y});
                        vis[x][y] = true;
                    }
                }
            }
        }

        return mat;
    }
};

2. 版本2：dist数组版

• 版本1中，我们需要用一个vis数组，记录每个节点有没有被访问过，还要用一个变量sz，来实现一层一层向外扩展的动作。并且需要一个变量count记录步数。
• 上面这三个动作，都可以通过一个dist数组实现，它的实际意义是记录每个位置离源点的距离。
  • dist数组初始化为-1，表示该位置没有被访问过；
  • dist数组值不为-1，表示搜索过了，且当前的值为遍历层数。

class Solution {
    int dx[4] = {0, 0, 1, -1};
    int dy[4] = {1, -1, 0, 0};
    int m, n;

public: 
    vector<vector<int>> updateMatrix(vector<vector<int>>& mat) 
    {
        m = mat.size(), n = mat[0].size();

        // dist[i][j] == -1 表示：没有被搜索过
        // dist[i][j] != -1 表示：搜索过了，且值为最短路径

        vector<vector<int>> dist(m, vector<int>(n, -1));
        queue<pair<int, int>> q;

        // 1. 将所有的源点加入到队列中
        for (int i = 0; i < m; i++)
        {
            for (int j = 0; j < n; j++)
            {
                if (mat[i][j] == 0)
                {
                    q.push({i, j});
                    dist[i][j] = 0;
                }
            }
        }

        // 2. 一层一层向外扩展
        while(q.size())
        {
            auto [a, b] = q.front();
            q.pop();
            for (int i = 0; i < 4; i++)
            {
                int x = a + dx[i], y = b + dy[i];
                if (x >= 0 && x < m && y >= 0 && y < n && dist[x][y] == -1)
                {
                    q.push({x, y});
                    dist[x][y] = dist[a][b] + 1;
                }
            }
        }

        return dist;
    }
};