Saturday, October 6, 2018

[LeetCode]Cat and Mouse


游戏类的题,每一个玩家都是做optimal move,结果最后是什么。首先我们想到的应该就是minimax tree的思路,我们可以用mouse代表老鼠的位置,cat代表猫的位置,turn代表当前的player(1代表老鼠,2代表猫),那么可以用(mouse, cat, turn)代表当前的状态,假设输入图总共有n个节点:

  • (1, 2, 1)是起始状态
  • (0, i, k)是老鼠获胜的状态, 其中1 <= i < n, 1 <= k <= 2
  • (i, i, k)是猫获胜的状态,其中1 <= i < n, 1 <= k <= 2
我们只需要从起始开始状态递归即可,每个节点(i, j, k)当前的player都取最优的move:
  • 如果某个相邻节点的结果是对手无法获胜,当前player取的肯定是这个move,所以当前状态肯定获胜
  • 否则,如果有draw的节点,会取这个move,所以当前节点对应的状态下的结果就是draw
  • 如果以上两点都不成立,说明当前节点没有任何一个move可以导致获胜或者平局的结果,所以一定会输
用这种思路我们可以写出DFS的minimax做法,我们需要一个hashset来检测环的存在。但是这种方法在处理较大的数据时会TLE。代码如下:



我们自然会思考可能的优化,比如我们用memorization的思路,对于每一个状态(mouse, cat, turn)我们存下他们对应的结果,这样在之后在到达这个节点的时候直接return即可。代码如下:


这种思路乍看之下没有错,并且可以过绝大部分test case,但是对于一些特殊的test case他会fail,比如对于如下的状态图:

图一


如图一所示,其中每一个节点代表一个状态(mouse, cat, turn)。假设我们从1开始dfs,假设我们先取了1->4->3->2->1这条路径,那么我们就会把2, 3, 4在dfs的时候都在memo里mark成draw,但是事实上他们都应该mark成winning。
换句话说,dfs + memorization在处理cycle的时候会把某些节点错误地mark成draw,然而这些点真实的状态可能是在之后dfs找到的其他状态。
为了解决这个问题,我们可以用BFS从所有确定的状态开始,把每个能够确定状态的节点标记:
  • 对于当前节点,假设赢家为winner,我们把相邻的节点turn为winner的节点的赢家也标记成winner
  • 对于相邻节点turn不为winner的节点,我们将其degree(邻接节点的数量)减一。当其减为0的时候,代表当前节点任何一个move都是输,我们将赢家标记成对手
整体的思路和上面讲的dfs minimax的思路是类似的。这样我们从一定确定状态的节点开始BFS并且mark所有节点的话,就不会有之前提到的问题。时间复杂度O(N^3),我们总共有O(N^2)个状态,每个节点最多对对应N个邻接节点。代码如下:

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