=begin File: min_path_sum.rb Created Time: 2024-05-29 Author: Xuan Khoa Tu Nguyen (ngxktuzkai2000@gmail.com) =end ### 最小路徑和:暴力搜尋 ### def min_path_sum_dfs(grid, i, j) # 若為左上角單元格,則終止搜尋 return grid[i][j] if i == 0 && j == 0 # 若行列索引越界,則返回 +∞ 代價 return Float::INFINITY if i < 0 || j < 0 # 計算從左上角到 (i-1, j) 和 (i, j-1) 的最小路徑代價 up = min_path_sum_dfs(grid, i - 1, j) left = min_path_sum_dfs(grid, i, j - 1) # 返回從左上角到 (i, j) 的最小路徑代價 [left, up].min + grid[i][j] end ### 最小路徑和:記憶化搜尋 ### def min_path_sum_dfs_mem(grid, mem, i, j) # 若為左上角單元格,則終止搜尋 return grid[0][0] if i == 0 && j == 0 # 若行列索引越界,則返回 +∞ 代價 return Float::INFINITY if i < 0 || j < 0 # 若已有記錄,則直接返回 return mem[i][j] if mem[i][j] != -1 # 左邊和上邊單元格的最小路徑代價 up = min_path_sum_dfs_mem(grid, mem, i - 1, j) left = min_path_sum_dfs_mem(grid, mem, i, j - 1) # 記錄並返回左上角到 (i, j) 的最小路徑代價 mem[i][j] = [left, up].min + grid[i][j] end ### 最小路徑和:動態規劃 ### def min_path_sum_dp(grid) n, m = grid.length, grid.first.length # 初始化 dp 表 dp = Array.new(n) { Array.new(m, 0) } dp[0][0] = grid[0][0] # 狀態轉移:首行 (1...m).each { |j| dp[0][j] = dp[0][j - 1] + grid[0][j] } # 狀態轉移:首列 (1...n).each { |i| dp[i][0] = dp[i - 1][0] + grid[i][0] } # 狀態轉移:其餘行和列 for i in 1...n for j in 1...m dp[i][j] = [dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]].min + grid[i][j] end end dp[n -1][m -1] end ### 最小路徑和:空間最佳化後的動態規劃 ### def min_path_sum_dp_comp(grid) n, m = grid.length, grid.first.length # 初始化 dp 表 dp = Array.new(m, 0) # 狀態轉移:首行 dp[0] = grid[0][0] (1...m).each { |j| dp[j] = dp[j - 1] + grid[0][j] } # 狀態轉移:其餘行 for i in 1...n # 狀態轉移:首列 dp[0] = dp[0] + grid[i][0] # 狀態轉移:其餘列 (1...m).each { |j| dp[j] = [dp[j - 1], dp[j]].min + grid[i][j] } end dp[m - 1] end ### Driver Code ### if __FILE__ == $0 grid = [[1, 3, 1, 5], [2, 2, 4, 2], [5, 3, 2, 1], [4, 3, 5, 2]] n, m = grid.length, grid.first.length # 暴力搜尋 res = min_path_sum_dfs(grid, n - 1, m - 1) puts "從左上角到右下角的最小路徑和為 #{res}" # 記憶化搜尋 mem = Array.new(n) { Array.new(m, - 1) } res = min_path_sum_dfs_mem(grid, mem, n - 1, m -1) puts "從左上角到右下角的最小路徑和為 #{res}" # 動態規劃 res = min_path_sum_dp(grid) puts "從左上角到右下角的最小路徑和為 #{res}" # 空間最佳化後的動態規劃 res = min_path_sum_dp_comp(grid) puts "從左上角到右下角的最小路徑和為 #{res}" end