给定两个m×n方格阵列组成的图形A和图形B,每个方格的颜色为黑色或白色。行列变换问题的每一步变换可以交换任意2行或2列方格的颜色,或者将某行或某列颠倒。上述每次变换算作一步。试设计一个python算法,计算最少需要多少步,才能将图形A变换为图形B。
时间: 2024-12-12 07:27:21 浏览: 8
这个问题属于图论中的变色游戏或者称为色彩匹配问题。为了计算将图形A转换为图形B所需的最小步数,我们可以使用哈希集合和回溯算法。这里是一个简单的Python算法描述:
1. 首先,将图形A和B的每个单元格颜色转换成整数,比如0代表白色,1代表黑色。
2. 创建两个哈希集(set),`seen_rows`存储已访问过的行,`seen_cols`存储已访问过的列。初始化它们为空。
3. 定义一个深度优先搜索(DFS)函数,它接受当前的矩阵状态、当前操作次数以及行和列的索引作为参数。
a. 检查是否达到终点状态(即当前矩阵等于B):
- 如果相等,返回当前操作次数作为结果。
- 否则继续递归搜索。
b. 对于每个未访问的行和列,尝试三种操作:
i. 交换两行或两列。
ii. 反转一行或一列。
c. 对于每种操作,创建一个新的矩阵副本,应用该操作,然后检查新矩阵是否已经存在于`seen`集合中(如果存在,则表示这不是新的解决方案)。如果没有,添加到`seen`集合并递归地尝试所有可能的操作。
4. 在主程序中,从初始矩阵(A)开始,使用DFS搜索,并返回找到的最小子步骤数。如果没有找到可行路径,返回-1表示无法转换。
```python
def is_valid(matrix, target):
return matrix == target
def dfs(matrix, target, steps, seen_rows, seen_cols):
if is_valid(matrix, target):
return steps
for row in range(len(matrix)):
if row not in seen_rows and row not in seen_cols:
# 交换两行或反转一行
for other_row in [i for i in range(len(matrix)) if i != row]:
new_matrix = matrix.copy()
new_matrix[row], new_matrix[other_row] = new_matrix[other_row], new_matrix[row]
# 交换两列或反转一列
for col in range(len(matrix[0])):
if col not in seen_cols:
new_matrix[:,col] = matrix[:,col][::-1]
if is_valid(new_matrix, target):
return dfs(new_matrix, target, steps + 1, {row, other_row}, {col})
new_matrix[:,col] = matrix[:,col]
# 添加行和列到已访问集合
seen_rows.add(row)
seen_cols.add(row)
return -1 # 无解
# 使用方法
matrix_A = ... # 图形A的二维列表
matrix_B = ... # 图形B的二维列表
steps = dfs(matrix_A, matrix_B, 0, set(), set())
```
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