[백준][자료구조] 백준 2178번 :: 미로 탐색 :: 실버 1

Posted by ash tensor on January 30, 2024 · 18 mins read 카테고리
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[백준][자료구조] 백준 2178번 :: 미로 탐색 :: 실버 1

문제 설명

N * M 크기의 배열로 표현되는 미로가 있다. 미로에서 1은 이동할 수 있는 칸을 나타내고, 0은 이동할 수 없는 칸을 나타낸다. 이러한 미로가 주어졌을 때, (1, 1)에서 출발하여 (N, M)의 위치로 이동할 때 지나야 하는 최소의 칸 수를 구하는 프로그램을 작성하시오. 한 칸에서 다른 칸으로 이동할 때, 서로 인접한 칸으로만 이동할 수 있다.

위의 예에서는 15칸을 지나야 (N, M)의 위치로 이동할 수 있다. 칸을 셀 때에는 시작 위치와 도착 위치도 포함한다.

입력

첫째 줄에 두 정수 N, M(2 ≤ N, M ≤ 100)이 주어진다. 다음 N개의 줄에는 M개의 정수로 미로가 주어진다. 각각의 수들은 붙어서 입력으로 주어진다.

출력

첫째 줄에 지나야 하는 최소의 칸 수를 출력한다. 항상 도착위치로 이동할 수 있는 경우만 입력으로 주어진다.

제한시간

1 초 192 MB

예제 입력

4 6 101111 101010 101011 111011

예제 출력

15

접근방법

흔한 4방향 미로찾기 문제이다. 이런 문제는 너무 템플릿화 되어서, 푸는 방법이 정형화되어 있다.

  1. 첫번째로 이런 격자형 문제는 방향 배열을 사용해서 문제에 접근한다. 위, 아래, 좌, 우를 각각 dx, dy라는 방향 배열을 정의하는 것이다. 만약 방향 배열을 정의하지 않으면 코드가 너무 복잡해진다.
  2. 또한 최단거리를 구하는 문제이기 때문에 BFS로 접근하는 편이 좋다.
방향배열

방향 배열을 사용하지 않은 예시를 보자. 이는 다음과 같다.


def connected_node_checker(the_map, x, y) :
    ## 가장 첫번쨰 열일때.
    if x == 0 :
        if y == 0 :
            connected_node = [[x, y+1],[x+1, y]]
            valued_connected_node = []
            for i in connected_node :
                if the_map[i[0]][i[1]] == 1 :
                    valued_connected_node.append(i)
                else :
                    pass
            return valued_connected_node

        elif y == len(the_map[0])-1 :
            connected_node = [[x+1, y],[x, y-1]]
            valued_connected_node = []
            for i in connected_node :
                if the_map[i[0]][i[1]] == 1 :
                    valued_connected_node.append(i)
                else :
                    pass
            return valued_connected_node

        else :
            connected_node = [[x,y-1],[x,y+1],[x+1,y]]
            valued_connected_node = []
            for i in connected_node :
                if the_map[i[0]][i[1]] == 1:
                    valued_connected_node.append(i)
                else :
                    pass
            return valued_connected_node

    elif x == len(the_map) - 1 :
        if y == 0 :
            valued_connected_node = []
            connected_node = [[x-1, y],[x, y+1]]
            for i in connected_node :
                if the_map[i[0]][i[1]] == 1 :
                    valued_connected_node.append(i)
                else :
                    pass
            return valued_connected_node

        elif y == len(the_map[0]) - 1 :
            valued_connected_node = []
            connected_node = [[x-1 ,y], [x, y-1]]
            for i in connected_node :
                if the_map[i[0]][i[1]] == 1 :
                    valued_connected_node.append(i)
                else :
                    pass
            return valued_connected_node

        else :
            valued_connected_node = []
            connected_node = [[x - 1, y], [x, y - 1], [x, y + 1]]
            for i in connected_node:
                if the_map[i[0]][i[1]] == 1:
                    valued_connected_node.append(i)
                else:
                    pass
            return valued_connected_node

    else :
        if y == 0 :
            connected_node = [[x-1, y],[x+1, y],[x, y+1]]
            valued_connected_node = []
            for i in connected_node :
                if the_map[i[0]][i[1]] == 1 :
                    valued_connected_node.append(i)
                else :
                    pass
            return valued_connected_node

        elif y == len(the_map[0]) - 1 :
            connected_node = [[x, y-1],[x+1, y],[x-1, y]]
            valued_connected_node = []
            for i in connected_node :
                if the_map[i[0]][i[1]] == 1 :
                    valued_connected_node.append(i)
                else :
                    pass
            return valued_connected_node

        else :
            connected_node = [[x+1, y],[x, y+1 ],[x-1, y],[x, y-1]]
            valued_connected_node = []
            for i in connected_node :
                if the_map[i[0]][i[1]] == 1 :
                    valued_connected_node.append(i)
                else :
                    pass
            return valued_connected_node

위 방법은 매우 불편하다. 물론 이 방법으로 문제를 접근한다고 하더라도 답은 똑같다. 하지만 이렇게 배열의 첫번째 인덱스, 두번쨰 인덱스 모두의 경우의 수를 다 따져서 하드코딩하는 경우에는 반복문의 수가 너무 많고, 구현 과정에서 Human error가 발생할 가능성이 높다. 따라서 이런 경우에는 방향배열이라는 방법을 사용한다. 위 방법과 마찬가지인 내용이지만 훨신 간단하다. 코드를 한번 보자.


# 방향 배열 정의 (상, 우, 하, 좌)
dx = [-1, 0, 1, 0]
dy = [0, 1, 0, -1]

def connected_node_checker_2(the_map, x, y) :
    valued_connected_node = []
    for i in range(4):
        nx, ny = x + dx[i], y + dy[i]
        if 0 <= nx < len(the_map) and 0 <= ny < len(the_map[0]) and the_map[nx][ny] == 1:
            valued_connected_node.append([nx, ny])
    return valued_connected_node

코드가 훨신 간단해졌다. 코드의 내용은 간단하다. 중요한 부분은 5번째 라인의 if문이다. 주어진 조건 the_map[i][j] 에서 nx(배열의 첫번째 인덱스)가 0 이하가 될 수는 없다. 그런 경우에는 indexOutOf에러가 발생할 것이다. 또한 nx가 len(the_map)보다 커질 수도 없다. y도 마찬가지이다. if 0 <= nx < len(the_map) and 0 <= ny < len(the_map[0]) 이 부분이 바로 그러한 인덱스를 제한해 준 조건이다.

그리고 and the_map[nx][ny] == 1 부분은 실제로 값을 참조해서 연결되어 있는 노드가 있는지 확인하는 조건이다. 방향 배열을 사용하니 코드가 더 간단해졌다. 수없이 많은 반복문이 없어진 것은 덤이다.

BFS

위 함수를 사용하여 BFS를 구현한 함수이다.


def bfs_to_goal(the_map, start_node : list, goal: list) -> list:
    open_list = deque()
    visited_set = [[False]*len(the_map[0]) for _ in range(len(the_map))]

    open_list.append([start_node])
    visited_set[start_node[0]][start_node[1]] = True 

    while open_list :
        selected_node = open_list.popleft()
        last_selected_node = selected_node[-1]

        if last_selected_node == goal :
            return len(selected_node)

        connected_node_list = connected_node_checker_2(the_map, last_selected_node[0], last_selected_node[1])

        for i in connected_node_list :
            if not visited_set[i[0]][i[1]] :
                temp = selected_node[:]
                temp.append(i)
                open_list.append(temp)
                visited_set[i[0]][i[1]] = True 
    return -1

open_list는 deque이다. 일반 list로 구현할 경우에는 굉장히 느려지기 때문에, deque를 사용해야 한다. 또한 visited_set은 2차원 boolean 배열인데, 처음에는 시간을 위해서 set을 사용했지만(list를 사용하면 안 된다. list는 매우 느리기 때문에 시간초과로 문제가 터져버린다) 이런 경우에 메모리가 초과되어 버렸다. 따라서 2차원 boolean 배열로 각각 노드마다 방문을 했는지 하지 않았는지를 검사했다.

java 코드


import java.util.*;

public class Main {
    static int[] dx = {-1, 0, 1, 0};
    static int[] dy = {0, 1, 0, -1};

    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        int[] condition = new int[2];
        condition[0] = scanner.nextInt();
        condition[1] = scanner.nextInt();
        scanner.nextLine();

        int[][] theMap = new int[condition[0]][condition[1]];
        for(int i = 0; i < condition[0]; i++) {
            String temp = scanner.nextLine();
            for(int j = 0; j < temp.length(); j++) {
                theMap[i][j] = temp.charAt(j) - '0';
            }
        }

        int[] startNode = {0, 0};
        int[] goal = {condition[0] - 1, condition[1] - 1};
        int answer = bfsToGoal(theMap, startNode, goal);
        System.out.println(answer);
    }

    public static ArrayList<int[]> connectedNodeChecker(int[][] theMap, int x, int y) {
        ArrayList<int[]> valuedConnectedNode = new ArrayList<>();
        for(int i = 0; i < 4; i++) {
            int nx = x + dx[i];
            int ny = y + dy[i];
            if(0 <= nx && nx < theMap.length && 0 <= ny && ny < theMap[0].length && theMap[nx][ny] == 1) {
                int[] temp = {nx, ny};
                valuedConnectedNode.add(temp);
            }
        }
        return valuedConnectedNode;
    }

    public static int bfsToGoal(int[][] theMap, int[] startNode, int[] goal) {
        Queue<ArrayList<int[]>> openList = new LinkedList<>();
        boolean[][] visitedSet = new boolean[theMap.length][theMap[0].length];
        ArrayList<int[]> tempStartNode = new ArrayList<>();
        tempStartNode.add(startNode);
        openList.add(tempStartNode);
        visitedSet[startNode[0]][startNode[1]] = true;

        while (!openList.isEmpty()) {
            ArrayList<int[]> selectedNode = openList.poll();
            int[] lastSelectedNode = selectedNode.get(selectedNode.size() - 1);
            if (Arrays.equals(lastSelectedNode, goal)) {
                return selectedNode.size();
            }

            ArrayList<int[]> connectedNodeList = connectedNodeChecker(theMap, lastSelectedNode[0], lastSelectedNode[1]);
            for(int[] i : connectedNodeList) {
                if (!visitedSet[i[0]][i[1]]) {
                    visitedSet[i[0]][i[1]] = true;
                    ArrayList<int[]> clonedSelectedNode = new ArrayList<>(selectedNode);
                    clonedSelectedNode.add(i);
                    openList.add(clonedSelectedNode);
                }
            }
        }
        return -1;
    }
}


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