/** * File: min_path_sum.swift * Created Time: 2023-07-15 * Author: nuomi1 (nuomi1@qq.com) */ /* 最小路徑和:暴力搜尋 */ func minPathSumDFS(grid: [[Int]], i: Int, j: Int) -> Int { // 若為左上角單元格,則終止搜尋 if i == 0, j == 0 { return grid[0][0] } // 若行列索引越界,則返回 +∞ 代價 if i < 0 || j < 0 { return .max } // 計算從左上角到 (i-1, j) 和 (i, j-1) 的最小路徑代價 let up = minPathSumDFS(grid: grid, i: i - 1, j: j) let left = minPathSumDFS(grid: grid, i: i, j: j - 1) // 返回從左上角到 (i, j) 的最小路徑代價 return min(left, up) + grid[i][j] } /* 最小路徑和:記憶化搜尋 */ func minPathSumDFSMem(grid: [[Int]], mem: inout [[Int]], i: Int, j: Int) -> Int { // 若為左上角單元格,則終止搜尋 if i == 0, j == 0 { return grid[0][0] } // 若行列索引越界,則返回 +∞ 代價 if i < 0 || j < 0 { return .max } // 若已有記錄,則直接返回 if mem[i][j] != -1 { return mem[i][j] } // 左邊和上邊單元格的最小路徑代價 let up = minPathSumDFSMem(grid: grid, mem: &mem, i: i - 1, j: j) let left = minPathSumDFSMem(grid: grid, mem: &mem, i: i, j: j - 1) // 記錄並返回左上角到 (i, j) 的最小路徑代價 mem[i][j] = min(left, up) + grid[i][j] return mem[i][j] } /* 最小路徑和:動態規劃 */ func minPathSumDP(grid: [[Int]]) -> Int { let n = grid.count let m = grid[0].count // 初始化 dp 表 var dp = Array(repeating: Array(repeating: 0, count: m), count: n) dp[0][0] = grid[0][0] // 狀態轉移:首行 for j in 1 ..< m { dp[0][j] = dp[0][j - 1] + grid[0][j] } // 狀態轉移:首列 for i in 1 ..< n { dp[i][0] = dp[i - 1][0] + grid[i][0] } // 狀態轉移:其餘行和列 for i in 1 ..< n { for j in 1 ..< m { dp[i][j] = min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]) + grid[i][j] } } return dp[n - 1][m - 1] } /* 最小路徑和:空間最佳化後的動態規劃 */ func minPathSumDPComp(grid: [[Int]]) -> Int { let n = grid.count let m = grid[0].count // 初始化 dp 表 var dp = Array(repeating: 0, count: m) // 狀態轉移:首行 dp[0] = grid[0][0] for j in 1 ..< m { dp[j] = dp[j - 1] + grid[0][j] } // 狀態轉移:其餘行 for i in 1 ..< n { // 狀態轉移:首列 dp[0] = dp[0] + grid[i][0] // 狀態轉移:其餘列 for j in 1 ..< m { dp[j] = min(dp[j - 1], dp[j]) + grid[i][j] } } return dp[m - 1] } @main enum MinPathSum { /* Driver Code */ static func main() { let grid = [ [1, 3, 1, 5], [2, 2, 4, 2], [5, 3, 2, 1], [4, 3, 5, 2], ] let n = grid.count let m = grid[0].count // 暴力搜尋 var res = minPathSumDFS(grid: grid, i: n - 1, j: m - 1) print("從左上角到右下角的做小路徑和為 \(res)") // 記憶化搜尋 var mem = Array(repeating: Array(repeating: -1, count: m), count: n) res = minPathSumDFSMem(grid: grid, mem: &mem, i: n - 1, j: m - 1) print("從左上角到右下角的做小路徑和為 \(res)") // 動態規劃 res = minPathSumDP(grid: grid) print("從左上角到右下角的做小路徑和為 \(res)") // 空間最佳化後的動態規劃 res = minPathSumDPComp(grid: grid) print("從左上角到右下角的做小路徑和為 \(res)") } }