互動遊戲題 最後一隻螞蟻落下的時間. Last Moment All Ants Fall_Leetcode 1503

閱讀時間約 6 分鐘
raw-image

這題的題目在這裡:

題目敘述

題目會給我們兩個陣列left, right 分別代表每隻螞蟻所在的初始位置 和 方向n代表木板長度。每隻螞蟻每秒鐘前進一單位長度。

問我們,每隻螞蟻從初始位置出發,0秒起算,當兩隻螞蟻相遇時,會互相掉頭,往相反方向前進,問最後一隻螞蟻掉落木板的時候是幾秒鐘?


測試範例

Example 1:

raw-image
Input: n = 4, left = [4,3], right = [0,1]
Output: 4
Explanation: In the image above:
-The ant at index 0 is named A and going to the right.
-The ant at index 1 is named B and going to the right.
-The ant at index 3 is named C and going to the left.
-The ant at index 4 is named D and going to the left.
The last moment when an ant was on the plank is t = 4 seconds. After that, it falls immediately out of the plank. (i.e., We can say that at t = 4.0000000001, there are no ants on the plank).

Example 2:

raw-image
Input: n = 7, left = [], right = [0,1,2,3,4,5,6,7]
Output: 7
Explanation: All ants are going to the right, the ant at index 0 needs 7 seconds to fall.

Example 3:

raw-image
Input: n = 7, left = [0,1,2,3,4,5,6,7], right = []
Output: 7
Explanation: All ants are going to the left, the ant at index 7 needs 7 seconds to fall.

約束條件

Constraints:

  • 1 <= n <= 104
  • 0 <= left.length <= n + 1
  • 0 <= left[i] <= n
  • 0 <= right.length <= n + 1
  • 0 <= right[i] <= n
  • 1 <= left.length + right.length <= n + 1
  • All values of left and right are unique, and each value can appear only in one of the two arrays.

演算法

這題其實算是個腦筋急轉彎的題目,若是用模擬交換方向的演算法,可能會很複雜。

關鍵在於,兩隻螞蟻相遇時,交換方向 和 不交換方向其實是等價的,並不影響最終結果

以這個例子來說,初始方向 A 往右走,B往左走


A 往右走,B往左走
-----> A B <--

After A, B meet each other
相遇之後,AB交換方向​

<----- A B -->

Max(5, 2) = 5
最後一隻(左邊那隻)5秒鐘的時候掉落

is equivalent to
相遇之後,AB不交換方向​ 其實也是等價的

<----- B A -->

Max(2, 5) = 5
最後一隻(左邊那隻)5秒鐘的時候掉落

推廣到更多隻螞蟻相遇,也是同樣等價的結果。

所以,掌握這個關鍵之後,一切都變得簡單許多。

讓每隻螞蟻依照初始方向,從給定的位置一直往前走,每一秒往前走一單位長度。
相遇也不交換方向(因為在這題的條件下,不交換 和 交換是等價的),一直走到最後一隻螞蟻掉落木板為止。

我們只要計算每隻螞蟻距離木板兩端點的最大值,最後再取一次最大值,就是最後一隻螞蟻掉落木板的秒數,也就是題目所求的最終答案。


程式碼


class Solution:
 def getLastMoment(self, n: int, left: List[int], right: List[int]) -> int:

  # Ants keep going is equivalent to ants exchange direction

  # Max time to left endpoint for ants going to left hand side
  time_to_left = max( left or [0] )

  # Max time to right endpoint for ants going to right hand side
  time_to_right = max( [ n - position for position in right] or [0] )

  return max(time_to_left, time_to_right)

複雜度分析

時間複雜度: O( n)
兩次線性掃描,最大長度和木板長度一樣長O(n)。

空間複雜度: O(n)
兩次線性掃描,臨時陣列的最大長度和木板長度一樣長O(n)。


關鍵知識點

關鍵在於,兩隻螞蟻相遇時,交換方向 和 不交換方向其實是等價的,並不影響最終結果。(建議在紙上畫個圖,加深印象,這題算是滿經典的腦筋急轉彎題目。)


Reference:

[1] Python O(n) just keep going and get maximal distance. [w/ Comment] - Last Moment Before All Ants Fall Out of a Plank - LeetCode

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由有業界實戰經驗的演算法工程師, 手把手教你建立解題的框架, 一步步寫出高效、清晰易懂的解題答案。 著重在讓讀者啟發思考、理解演算法,熟悉常見的演算法模板。 深入淺出地介紹題目背後所使用的演算法意義,融會貫通演算法與資料結構的應用。 在幾個經典的題目融入一道題目的多種解法,或者同一招解不同的題目,擴展廣度,並加深印象。
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