Title

一个机器人位于一个 m x n 网格的左上角 (起始点在下图中标记为“Start” )。

机器人每次只能向下或者向右移动一步。机器人试图达到网格的右下角(在下图中标记为“Finish”)。

现在考虑网格中有障碍物。那么从左上角到右下角将会有多少条不同的路径?

63. Unique Paths II 不同路径 II_时间复杂度

网格中的障碍物和空位置分别用 1 和 0 来表示。

说明:m 和 n 的值均不超过 100。

示例 1:

输入:
[
[0,0,0],
[0,1,0],
[0,0,0]
]
输出: 2

解释:

3x3 网格的正中间有一个障碍物。
从左上角到右下角一共有 2 条不同的路径:

  1. 向右 -> 向右 -> 向下 -> 向下
  2. 向下 -> 向下 -> 向右 -> 向右

动态规划

如果我们熟悉这类问题,可以一眼看出这是一个动态规划问题。当我们不熟悉的时候,怎么想到用动态规划来解决这个问题呢?我们需要从问题本身出发,寻找一些有用的信息,例如本题中:

  • (i,j) 位置只能从 (i - 1, j) 和 (i, j - 1) 走到,这样的条件就是在告诉我们这里转移是 「无后效性」 的,f(i, j) 和任何的 f(i’, j’)(i’ > i, j’ > j) 无关。
  • 动态规划的题目分为两大类,一种是求最优解类,典型问题是背包问题,另一种就是计数类,比如这里的统计方案数的问题,它们都存在一定的递推性质。前者的递推性质还有一个名字,叫做 「最优子结构」 ——即当前问题的最优解取决于子问题的最优解,后者类似,当前问题的方案数取决于子问题的方案数。所以在遇到求方案数的问题时,我们可以往动态规划的方向考虑。

通常如果我们察觉到了这两点要素,这个问题八成可以用动态规划来解决。

Solve

我们用 f(i, j) 来表示从坐标 (0, 0) 到坐标 (i, j) 的路径总数,u(i, j) 表示坐标 (i, j) 是否可行,如果坐标 (i, j) 有障碍物,u(i, j) = 0,否则 u(i, j) = 1。

因为「机器人每次只能向下或者向右移动一步」,所以从坐标 (0, 0) 到坐标 (i, j) 的路径总数的值只取决于从坐标 (0, 0) 到坐标 (i - 1, j) 的路径总数和从坐标 (0, 0) 到坐标 (i, j - 1) 的路径总数,即 f(i, j) 只能通过 f(i - 1, j) 和 f(i, j - 1) 转移得到。

当坐标 (i, j) 本身有障碍的时候,任何路径都到到不了 f(i, j),此时 f(i, j) = 0;下面我们来讨论坐标 (i, j) 没有障碍的情况:如果坐标 (i - 1, j) 没有障碍,那么就意味着从坐标 (i - 1, j) 可以走到 (i, j),即 (i - 1, j) 位置对 f(i, j) 的贡献为 f(i - 1, j),同理,当坐标 (i, j - 1) 没有障碍的时候,(i, j - 1) 位置对 f(i, j) 的贡献为 f(i, j - 1)。

综上所述,我们可以得到这样的动态规划转移方程:

d p [ i ] [ j ] = { 0 , u ( i , j ) = 0 f ( i − 1 , j ) + f ( i , j − 1 ) , u ( i , j ) ! = 0 dp[i][j]= \begin{cases} 0, & u(i,j)=0 \\ f(i−1,j)+f(i,j−1), & u(i,j)!=0 \end{cases} dp[i][j]={0,f(i1,j)+f(i,j1),u(i,j)=0u(i,j)!=0

很显然我们可以给出一个时间复杂度 O(nm) 并且空间复杂度也是 O(nm) 的实现,由于这里 f(i, j) 只与 f(i - 1, j) 和 f(i, j - 1) 相关,我们可以运用「滚动数组思想」把空间复杂度优化称 O(m)。

Code

	def uniquePathsWithObstacles(self, obstacleGrid: List[List[int]]) -> int:
		rows, cols = len(obstacleGrid), len(obstacleGrid[0])
		dp = [1] + [0] * cols
		for i in range(0, rows):
			for j in range(0, cols):
				dp[j] = 0 if obstacleGrid[i][j] else dp[j] + dp[j - 1]
		return dp[-2]

复杂度分析

时间复杂度:O(nm),其中 n 为网格的行数,m 为网格的列数。我们只需要遍历所有网格一次即可。
空间复杂度:O(m)。利用滚动数组优化,我们可以只用 O(m)O(m) 大小的空间来记录当前行的 ff 值。