规定时间内到达终点的最小花费

2024-10-03

题目:

一个国家有 n 个城市,城市编号为 0n - 1 ,题目保证 所有城市 都由双向道路 连接在一起 。道路由二维整数数组 edges 表示,其中 edges[i] = [xi, yi, timei] 表示城市 xiyi 之间有一条双向道路,耗费时间为 timei 分钟。两个城市之间可能会有多条耗费时间不同的道路,但是不会有道路两头连接着同一座城市。

每次经过一个城市时,你需要付通行费。通行费用一个长度为 n 且下标从 0 开始的整数数组 passingFees 表示,其中 passingFees[j] 是你经过城市 j 需要支付的费用。

一开始,你在城市 0 ,你想要在 maxTime 分钟以内 (包含 maxTime 分钟)到达城市 n - 1 。旅行的 费用 为你经过的所有城市 通行费之和包括 起点和终点城市的通行费)。

给你 maxTimeedgespassingFees ,请你返回完成旅行的 最小费用 ,如果无法在 maxTime 分钟以内完成旅行,请你返回 -1

示例 1:

img

输入:maxTime = 30, edges = [[0,1,10],[1,2,10],[2,5,10],[0,3,1],[3,4,10],[4,5,15]], passingFees = [5,1,2,20,20,3]
输出:11
解释:最优路径为 0 -> 1 -> 2 -> 5 ,总共需要耗费 30 分钟,需要支付 11 的通行费。

示例 2:

img

输入:maxTime = 29, edges = [[0,1,10],[1,2,10],[2,5,10],[0,3,1],[3,4,10],[4,5,15]], passingFees = [5,1,2,20,20,3]
输出:48
解释:最优路径为 0 -> 3 -> 4 -> 5 ,总共需要耗费 26 分钟,需要支付 48 的通行费。
你不能选择路径 0 -> 1 -> 2 -> 5 ,因为这条路径耗费的时间太长。

示例 3:

输入:maxTime = 25, edges = [[0,1,10],[1,2,10],[2,5,10],[0,3,1],[3,4,10],[4,5,15]], passingFees = [5,1,2,20,20,3]
输出:-1
解释:无法在 25 分钟以内从城市 0 到达城市 5 。

提示:

  • 1 <= maxTime <= 1000
  • n == passingFees.length
  • 2 <= n <= 1000
  • n - 1 <= edges.length <= 1000
  • 0 <= xi, yi <= n - 1
  • 1 <= timei <= 1000
  • 1 <= passingFees[j] <= 1000
  • 图中两个节点之间可能有多条路径。
  • 图中不含有自环。

思路:

问题描述:我们需要找到一条从城市 0 到城市 n - 1 的路径,使得总花费最小,并且整个旅程的时间不超过 maxTime 分钟。总花费定义为经过所有城市的通行费之和。

解决方案:为了达到这个目标,我们可以采用动态规划结合深度优先搜索(DFS)的方法,并使用记忆化技术来避免重复计算。

数据结构:
	邻接表 (graph): 用于存储图的信息。每个节点的邻居以及到达邻居所需的时间。
	动态规划数组 (dp): 用于存储从任意节点到达目标节点 n - 1 在特定时间内的最小花费。dp[i][t] 表示从节点 i 出发,在时间 t 时到达节点 n - 1 的最小花费。初始值设为 INT_MAX,表示未计算过或不可达。

算法步骤:
初始化:
	创建一个大小为 (n * (maxTime + 1)) 的 dp 数组,其中 n 是城市数量,maxTime 是允许的最大时间。
	初始化图的邻接表 graph。

深度优先搜索 (dfs):
	对于每个节点,尝试访问它的所有邻居。
	对于每个邻居,计算到达该邻居所需的时间是否小于或等于剩余时间。
	如果时间允许,递归地调用 dfs 函数,并将邻居节点的最小成本加上当前节点的成本,更新 dp 数组。

记忆化:
	在访问某个节点及其时间状态时,如果该状态已经被计算过,则直接返回存储的结果。
	这样可以减少重复计算,提高算法效率。

边界条件处理:
	当时间不足到达邻居时,返回 -1。
	当到达目标节点 n - 1 时,返回该节点的成本。

返回结果:
	从起点 0 开始调用 dfs 函数,并返回从起点出发在 maxTime 时间内到达终点的最小成本。如果无法到达,则返回 -1。

关键点:
	记忆化搜索:避免重复计算相同的状态。
	动态规划:利用 dp 数组存储已解决子问题的结果。
	边界条件处理:正确处理边界情况,如时间不足或到达目标节点。

代码:

#include <vector>
#include <algorithm>
#include <climits>
using namespace std;

class Solution {
public:
    int minCost(int maxTime, vector<vector<int>>& edges, vector<int>& passingFees) {
        int n = passingFees.size();
        // dp[i][t] 表示到达 i 节点,在时间 t 时的最小花费
        vector<vector<int>> dp(n, vector<int>(maxTime + 1, INT_MAX));
        
        // 使用邻接表来表示图
        vector<vector<pair<int, int>>> graph(n);
        for (auto& edge : edges) {
            int x = edge[0], y = edge[1], t = edge[2];
            graph[x].emplace_back(y, t);
            graph[y].emplace_back(x, t);
        }

        // 记忆化搜索
        function<int(int, int)> dfs = [&](int node, int time) -> int {
            // 如果时间不足以到达任何邻居,则返回 -1
            if (time < 0) return -1;
            if (node == n - 1) return passingFees[node]; // 目标节点
            
            if (dp[node][time] != INT_MAX) return dp[node][time]; // 已经计算过的情况
            
            int minCost = INT_MAX;
            for (auto [neighbor, cost] : graph[node]) {
                if (cost <= time) { // 只有当剩余时间足够到达邻居节点时才考虑这条边
                    int next_time = time - cost;
                    int costToNeighbor = dfs(neighbor, next_time);
                    if (costToNeighbor >= 0) { // 确保邻居节点也是可达的
                        minCost = min(minCost, passingFees[node] + costToNeighbor);
                    }
                }
            }
            
            dp[node][time] = (minCost == INT_MAX) ? -1 : minCost;
            return dp[node][time];
        };

        int result = dfs(0, maxTime);
        return result;
    }
};