algorithm-class/算法周更班/class_2022_05_2_week/Code04_OneEdgeMagicMinPathSum.java

package class_2022_05_2_week;

import java.util.ArrayList;
import java.util.PriorityQueue;

// 来自网易
// 给出一个有n个点，m条有向边的图
// 你可以施展魔法，把有向边，变成无向边
// 比如A到B的有向边，权重为7。施展魔法之后，A和B通过该边到达彼此的代价都是7。
// 求，允许施展一次魔法的情况下，1到n的最短路，如果不能到达，输出-1。
// n为点数, 每条边用(a,b,v)表示，含义是a到b的这条边，权值为v
// 点的数量 <= 10^5，边的数量 <= 2 * 10^5，1 <= 边的权值 <= 10^6
public class Code04_OneEdgeMagicMinPathSum {

	// 为了测试
	// 相对暴力的解
	// 尝试每条有向边，都变一次无向边，然后跑一次dijkstra算法
	// 那么其中一定有最好的答案
	public static int min1(int n, int[][] roads) {
		int ans = Integer.MAX_VALUE;
		for (int i = 0; i < roads.length; i++) {
			ArrayList<ArrayList<int[]>> graph = new ArrayList<>();
			for (int j = 0; j <= n; j++) {
				graph.add(new ArrayList<>());
			}
			graph.get(roads[i][1]).add(new int[] { roads[i][0], roads[i][2] });
			for (int[] r : roads) {
				graph.get(r[0]).add(new int[] { r[1], r[2] });
			}
			ans = Math.min(ans, dijkstra1(n, graph));
		}
		return ans == Integer.MAX_VALUE ? -1 : ans;
	}

	public static int dijkstra1(int n, ArrayList<ArrayList<int[]>> graph) {
		PriorityQueue<int[]> heap = new PriorityQueue<>((a, b) -> a[1] - b[1]);
		boolean[] visited = new boolean[n + 1];
		heap.add(new int[] { 1, 0 });
		int ans = Integer.MAX_VALUE;
		while (!heap.isEmpty()) {
			int[] cur = heap.poll();
			if (cur[0] == n) {
				ans = cur[1];
				break;
			}
			if (visited[cur[0]]) {
				continue;
			}
			visited[cur[0]] = true;
			for (int[] edge : graph.get(cur[0])) {
				int to = edge[0];
				int weight = edge[1];
				if (!visited[to]) {
					heap.add(new int[] { to, cur[1] + weight });
				}
			}
		}
		return ans;
	}

	// 最优解
	// 时间复杂度O(N * logN)
	// N <= 2 * 10^5
	public static int min2(int n, int[][] roads) {
		ArrayList<ArrayList<int[]>> graph = new ArrayList<>();
		for (int i = 0; i <= n; i++) {
			graph.add(new ArrayList<>());
		}
		for (int[] r : roads) {
			graph.get(r[0]).add(new int[] { 0, r[1], r[2] });
			graph.get(r[1]).add(new int[] { 1, r[0], r[2] });
		}
		PriorityQueue<int[]> heap = new PriorityQueue<>((a, b) -> a[2] - b[2]);
		boolean[][] visited = new boolean[2][n + 1];
		// a -> 0,a   1,a
		// boolean[] visted = new boolean[n+1]
		// visted[i] == true 去过了！从队列里弹出来过了！以后别碰了！
		// visted[i] == false 没去过！第一次从队列里弹出来！当前要处理！
		// 0,1,0 -> 之前没有走过魔法路，当前来到1号出发点，代价是0
		heap.add(new int[] { 0, 1, 0 });
		int ans = Integer.MAX_VALUE;
		while (!heap.isEmpty()) {
			int[] cur = heap.poll();
			if (visited[cur[0]][cur[1]]) {
				continue;
			}
			visited[cur[0]][cur[1]] = true;
			if (cur[1] == n) {
				ans = Math.min(ans, cur[2]);
				if (visited[0][n] && visited[1][n]) {
					break;
				}
			}
			for (int[] edge : graph.get(cur[1])) {
				// 当前来到cur
				// 之前有没有走过魔法路径：cur[0] == 0 ，没走过！cur[0] = 1, 走过了
				// 当前来到的点是啥，cur[1]，点编号！
				// 之前的总代价是啥？cur[2]
				// cur，往下，能走的，所有的路在哪？
				// 当前的路，叫edge
				// 当前的路，是不是魔法路！edge[0] = 0 , 不是魔法路
				// edge[0] == 1，是魔法路
				// cur[0] + edge[0] == 0
				// 路 ：0 5 20
				// 当前路，不是魔法路，去往的点是5号点，该路权重是20
				// 路 ：1 7 13
				// 当前路，是魔法路，去往的点是7号点，该路权重是13
				if (cur[0] + edge[0] == 0) {
					if (!visited[0][edge[1]]) {
						heap.add(new int[] { 0, edge[1], cur[2] + edge[2] });
					}
				}
				// cur[0] + edge[0] == 1
				// 0         1
				// 1         0
				if (cur[0] + edge[0] == 1) {
					if (!visited[1][edge[1]]) {
						heap.add(new int[] { 1, edge[1], cur[2] + edge[2] });
					}
				}
				// 1 1 == 2
			}
		}
		return ans == Integer.MAX_VALUE ? -1 : ans;
	}

	// 为了测试
	public static int[][] randomRoads(int n, int v) {
		int m = (int) (Math.random() * (n * (n - 1) / 2)) + 1;
		int[][] roads = new int[m][3];
		for (int i = 0; i < m; i++) {
			roads[i][0] = (int) (Math.random() * n) + 1;
			roads[i][1] = (int) (Math.random() * n) + 1;
			roads[i][2] = (int) (Math.random() * v) + 1;
		}
		return roads;
	}

	// 为了测试
	public static void main(String[] args) {
		int N = 20;
		int V = 30;
		int testTime = 20000;
		System.out.println("测试开始");
		for (int i = 0; i < testTime; i++) {
			int n = (int) (Math.random() * N) + 1;
			int[][] roads = randomRoads(n, V);
			if (min1(n, roads) != min2(n, roads)) {
				System.out.println("出错了!");
			}
		}
		System.out.println("测试结束");

		// 点的数量10^5
		int n = 100000;
		// 边的数量2 * 10^5
		int m = 200000;
		// 时间复杂度很明显和边的权重是没关系的
		// 所以这里设置小一点，防止出现溢出的解
		int v = 100;
		int[][] roads = new int[m][3];
		for (int i = 0; i < m; i++) {
			roads[i][0] = (int) (Math.random() * n) + 1;
			roads[i][1] = (int) (Math.random() * n) + 1;
			roads[i][2] = (int) (Math.random() * v) + 1;
		}
		long start = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("运行结果 : " + min2(n, roads));
		long end = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("运行时间(毫秒) : " + (end - start));
	}

}