[백준 16236] 아기 상어 - 파이썬(Python) BFS풀이

시간 복잡도를 잘 줄인 코드 입니다!

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아기 상어

문제

N×N 크기의 공간에 물고기 M마리와 아기 상어 1마리가 있다. 공간은 1×1 크기의 정사각형 칸으로 나누어져 있다. 한 칸에는 물고기가 최대 1마리 존재한다.

아기 상어와 물고기는 모두 크기를 가지고 있고, 이 크기는 자연수이다. 가장 처음에 아기 상어의 크기는 2이고, 아기 상어는 1초에 상하좌우로 인접한 한 칸씩 이동한다.

아기 상어는 자신의 크기보다 큰 물고기가 있는 칸은 지나갈 수 없고, 나머지 칸은 모두 지나갈 수 있다. 아기 상어는 자신의 크기보다 작은 물고기만 먹을 수 있다. 따라서, 크기가 같은 물고기는 먹을 수 없지만, 그 물고기가 있는 칸은 지나갈 수 있다.

아기 상어가 어디로 이동할지 결정하는 방법은 아래와 같다.

• 더 이상 먹을 수 있는 물고기가 공간에 없다면 아기 상어는 엄마 상어에게 도움을 요청한다.
• 먹을 수 있는 물고기가 1마리라면, 그 물고기를 먹으러 간다.
• 먹을 수 있는 물고기가 1마리보다 많다면, 거리가 가장 가까운 물고기를 먹으러 간다.
  • 거리는 아기 상어가 있는 칸에서 물고기가 있는 칸으로 이동할 때, 지나야하는 칸의 개수의 최솟값이다.
  • 거리가 가까운 물고기가 많다면, 가장 위에 있는 물고기, 그러한 물고기가 여러마리라면, 가장 왼쪽에 있는 물고기를 먹는다.

아기 상어의 이동은 1초 걸리고, 물고기를 먹는데 걸리는 시간은 없다고 가정한다. 즉, 아기 상어가 먹을 수 있는 물고기가 있는 칸으로 이동했다면, 이동과 동시에 물고기를 먹는다. 물고기를 먹으면, 그 칸은 빈 칸이 된다.

아기 상어는 자신의 크기와 같은 수의 물고기를 먹을 때 마다 크기가 1 증가한다. 예를 들어, 크기가 2인 아기 상어는 물고기를 2마리 먹으면 크기가 3이 된다.

공간의 상태가 주어졌을 때, 아기 상어가 몇 초 동안 엄마 상어에게 도움을 요청하지 않고 물고기를 잡아먹을 수 있는지 구하는 프로그램을 작성하시오.

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입력

첫째 줄에 공간의 크기 N(2 ≤ N ≤ 20)이 주어진다.

둘째 줄부터 N개의 줄에 공간의 상태가 주어진다. 공간의 상태는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9로 이루어져 있고, 아래와 같은 의미를 가진다.

• 0: 빈 칸
• 1, 2, 3, 4, 5, 6: 칸에 있는 물고기의 크기
• 9: 아기 상어의 위치

아기 상어는 공간에 한 마리 있다.

 

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출력

첫째 줄에 아기 상어가 엄마 상어에게 도움을 요청하지 않고 물고기를 잡아먹을 수 있는 시간을 출력한다.

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예제 입력

3
0 0 0
0 0 0
0 9 0

예제 출력

0

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너비 우선 탐색(BFS)

루트 노드에 바로 직접 인접한 분기들 먼저 전부 방문하고, 분기들의 직속 자식 노드들을 방문하는 방법입니다.
그래서 넓게 방문한다고 불립니다.
가장 인접한 노드들을 최우선적으로 방문하기 때문에 최단거리 구하는 문제에 적합합니다.
아래는 DFS로 탐색하는 순서입니다. 정점에 쓰여져 있는 숫자는 n번째, 즉 순서를 의미합니다.

BFS 구현

너비 후선 탐색은 큐로 구현할수 있습니다. 큐는 FIFO(First in, First out) 먼저 넣어준것을 먼저 출력하는 자료구조를 가지고 있습니다.
루트 노드에 가장 가까이 인접한 노드들을 먼저 입력해서 가장 인접한 노드들을 우선적으로 탐색합니다.

예시코드 (파이썬)

def bfs(start):
    queue = deque()
    queue.append(start)
    visited[start]=True
    while queue:
        node = queue.popleft()
        for i in adjacent[node]:
            if visited[i] == False:
                queue.append(i)
                visited[i]=True

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파이썬 코드

상어가 물고리를 찾을때마다 bfs를 이용해서 가장 가까운(시간이 적게 걸리는) 물고기중 가장 위쪽(x값이 작은) 물고기중 가장 왼쪽 물고기(y값이 작은)를 구해서 eat_count를 증가시켜서 먹은 물고리수를 관리하고 shark튜플에 바뀐 위치를 기록하고 걸린시간을 총시간에 더하는 등의 연산을 해줍니다.

bfs 여러번 적용시키다가, bfs가 -1을 반환하면 먹을 물고기가 없는 것이므로 while반복문을 탈출후, 누적된 시간을 출력합니다.

 

추가 설명은 주석에 있습니다.

from collections import deque
import sys
input = sys.stdin.readline

n = int(input())
box = [list(map(int, input().split())) for _ in range(n)]

shark = ()
level = 2
eatCount = 0

for i in range(n):
    for j in range(n):
        if box[i][j] == 9:
            shark = (i, j)
            box[i][j] = 0


def isInside(x, y):
    if 0 <= x < n:
        if 0 <= y < n:
            return True
    return False


def bfs():
    global shark, box, level, eatCount
    visited = [[False] * n for _ in range(n)]
    queue = deque()
    sx, sy = shark
    queue.append((sx, sy, 0))
    visited[sx][sy] = True
    dy = [1, 0, 0, -1]
    dx = [0, -1, 1, 0]
    fish_x = n
    fish_t = n*n
    # 물고기들의 y값들을 저장(어차피 x,t가 같은 물고기만 모집함)
    fish = []
    while queue:
        x, y, t = queue.popleft()
        # 발견했었던 물고기의 시간보다 초과했으면 중단
        # t가 동일한 여러 물고기를 저장하는 것이 목적
        if t>=fish_t:
          break
        for i in range(4):
            nx, ny = x+dx[i], y+dy[i]
            if isInside(nx, ny) and not visited[nx][ny]:
                if box[nx][ny] == 0 or box[nx][ny] == level:
                    queue.append((nx, ny, t+1))
                    visited[nx][ny] = True
                elif box[nx][ny] < level:
                    visited[nx][ny] = True
                    # 가까운(t가 작은) 물고기가 여러마리면 위에 있는(x가 작은) 물고기 채택
                    if nx<=fish_x:
                      fish.append(ny)
                      fish_x, fish_t = nx, t+1
    # 잡을수 있는 물고기가 없음
    if len(fish)==0:
      return -1
    # 위에있고 가까운 물고기중 가장 왼쪽(y가 작음)물고기 구하기
    fish_y = min(fish)
    box[fish_x][fish_y] = 0
    eatCount += 1
    if eatCount == level:
        level += 1
        eatCount = 0
    shark = (fish_x,fish_y)
    # 걸린 시간 반환
    return fish_t

time = 0
while True:
    result = bfs()
    if result == -1:
        break
    time += result

print(time)