백준 16236 아기 상어 Kotlin (시뮬레이션,bfs)

문제 출처 : https://www.acmicpc.net/problem/16236

16236번: 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.

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.

출력

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

알고리즘 분류

• 구현
• 그래프 이론
• 그래프 탐색
• 너비 우선 탐색
• 시뮬레이션

풀이

bfs를 이용한 시뮬레이션 문제이다.

본인은 두 개의 bfs를 구현해서 풀었다.

첫 번째 bfs는 아기 상어의 좌표 이동

두 번째 bfs는 아기 상어가 먹을 다음 물고기 탐색

 

다른 사람들의 코드 수행 시간과 차이가 많이 나는 것 보니

리팩토링이 필요해 보인다.

따라서 간략한 설명 후에 내일 리팩토링된 코드로 다시 오겠다!!!

 

////////////////////////////////////////////////////////////////////////

 

리팩토링 이후 코틀린 1등 코드가 되었다.

줄일 수 있다고 생각한 부분은, 먹을 물고기를 탐색하는 과정이었는데 이 부분을 줄이고 나니 650ms정도 시간이 줄었다.

기존의 코드는, 그래프의 모든 좌표에서, 상어보다 크기가 작은 물고기가 있는 물고기들의 거리를 모두 bfs로 탐색하여 다음 먹을 물고기를 찾았다.

하지만 bfs는 최단 거리를 찾아준다는 성질을 잘 생각해 보면, 현재 상어의 위치에서 bfs를 시작하여, 가까운 거리에 있으며 상어보다 크기가 작은 물고기를 찾으면 된다. 

만약 같은 거리의 상어보다 크기가 작은 물고기들이 여러 마리라면, 여기서 그냥 r 인덱스와 c 인덱스를 비교해주어 가장 위, 가장 왼쪽 물고기를 찾으면 된다.

 

bfs에서 같은 거리의 노드들을 다루는 법은 두 가지가 있다.

1. 큐에 좌표와 함께 거리를 넣어서 +1씩 갱신하는 법

2. while(!q.isNotEmpty())에서, val size = q.size로 한 턴마다 거리를 +1씩 갱신하는 법

 

1번은 자주 사용하므로 이해가 쉬울 것이다.

2번을 설명하자면,

처음 큐의 사이즈는 1이고 상어의 좌표가 들어있다.

이때 size = 1이고 size만큼 for문으로 다음 방향에 대해 탐색한다.

만약 상어의 좌표에서 상하좌우 4방향으로 모두 이동할 수 있다면, for문이 끝나고 난 뒤 q의 사이즈는 4일 것이고, 거리는 1이 된다.

두 번째 for문은 size=4만큼 다음 방향에 대해 탐색한다.

해당 좌표들에서 4방향으로 모두 이동할 수 있다면, 이미 방문한 노드를 제외하고, 두 번째 for문이 끝나고 난 뒤 q의 사이즈는 8일 것이고 거리는 2가 된다.

즉 한 턴이 끝날 때마다 큐의 사이즈를 따로 저장하여, 그 사이즈만큼 for문을 돌리는 것으로, 거리가 같은 노드들을 다룰 수 있다.

 

이러한 방법으로, 거리가 같은 노드들 중에서, 상어가 먹을 수 있는 물고기를 찾고, 이 물고기들 중에서 인덱스를 비교해 가장 위, 가장 왼쪽 물고기를 찾아 반환하면 된다.

 

결과적으로 bfs는 한 개만 사용했고, bfs의 호출 횟수도 현저히 줄었다.

아래의 코드에 주석과 함께 보면 이해가 빠를 것이다.

 

 

코드(리팩토링 전)

import java.util.*
//2<=n<=20
const val INF = 987654321
val dir = arrayOf(arrayOf(0,1),arrayOf(1,0),arrayOf(0,-1),arrayOf(-1,0))
var answer=0

fun findMin(er : Int, ec : Int, n : Int, shark : Shark, graph : Array<IntArray>, visited : Array<BooleanArray>) : Int{
    val q : Queue<Pair<Int,Int>> = LinkedList<Pair<Int,Int>>()
    visited[shark.r][shark.c]=true
    q.add(Pair(shark.r,shark.c))
    var dis=0
    while(q.isNotEmpty()) {
        val size=q.size
        for(i in 0 until size) {
            val cur = q.poll()
            if(cur.first==er && cur.second==ec){
                return dis
            }
            for (dir in dir) {
                val nr = cur.first + dir[0]
                val nc = cur.second + dir[1]
                if (nr !in 0 until n || nc !in 0 until n) continue
                if (visited[nr][nc]) continue
                //상어보다 작으면 이동 가능
                if (graph[nr][nc] <= shark.size) {
                    visited[nr][nc]=true
                    q.add(Pair(nr,nc))
                }
            }
        }
        dis++
    }
    return 0
}

fun bfs(n : Int, shark : Shark, graph : Array<IntArray>){
    val q : Queue<Shark> = LinkedList<Shark>()
    q.add(Shark(shark.r,shark.c,shark.size))
    var cnt =0
    while(q.isNotEmpty()){
        val cur = q.poll()
        //위에서부터,왼쪽에서부터
        var dis=INF
        var nr =0
        var nc =0
        for(i in 0 until n){
            for(j in 0 until n){
                //현재 상어보다 크기가 작으면서 도달할 수 있다면
                // 한 마리가 있는 경우는 고려x
                val visited = Array<BooleanArray>(n){BooleanArray(n)}
                if(graph[i][j]<cur.size && graph[i][j]>0){
                    val nextDis= findMin(i,j,n,cur,graph,visited)
                    if(nextDis!=0 && dis>nextDis){
                        dis =nextDis
                        nr = i
                        nc = j
                    }
                }
            }
        }
        //다음 경로가 있는 경우
        if(dis!=INF){
            cnt++
            answer+=dis
            graph[nr][nc]=0
            if(cnt==cur.size){
                cur.size+=1
                cnt=0
            }
            q.add(Shark(nr,nc,cur.size))
        }
    }

}

fun main() = with(System.out.bufferedWriter()){
    val br = System.`in`.bufferedReader()
    var shark =Shark(0,0,0)
    val n = br.readLine().toInt()
    val graph = Array<IntArray>(n){ r->
        val tk = StringTokenizer(br.readLine())
        IntArray(n){ c->
            var node = tk.nextToken().toInt()
            if(node ==9){
                shark=Shark(r,c,2)
                node=0
            }
            node
        }
    }
//    println("${shark.r} ${shark.c} ${shark.size}")
    bfs(n,shark,graph)
    write("$answer")
    close()
}

data class Shark(var r : Int, var c : Int, var size : Int){
}

코드(리팩토링 후)

import java.util.*

//2<=n<=20
const val INF = 987654321
val dir = arrayOf(arrayOf(0,1),arrayOf(1,0),arrayOf(0,-1),arrayOf(-1,0))
var answer=0
var sharkSize=2
fun bfs( n : Int, shark : Shark, graph : Array<IntArray>, visited : Array<BooleanArray>) : Shark{
    val q : Queue<Pair<Int,Int>> = LinkedList<Pair<Int,Int>>()
    visited[shark.r][shark.c]=true
    q.add(Pair(shark.r,shark.c))
    var fr = INF
    var fc = INF
    var dis=0

    while(q.isNotEmpty()) {
        val size=q.size
        dis++
        for(i in 0 until size) {
            val cur = q.poll()
            for (dir in dir) {
                val nr = cur.first + dir[0]
                val nc = cur.second + dir[1]
                if (nr !in 0 until n || nc !in 0 until n) continue
                if (visited[nr][nc]) continue
                //상어크기랑 같거나 작으면 이동 가능
                if (graph[nr][nc] <= sharkSize) {
                    //상어 크기보다 작고, 0이 아닌 경우 먹을 수 있음
                    //for문 내에선 거리가 모두 같기 때문에 이 중 가장 위, 가장 왼쪽 찾아서 반환
                    if(graph[nr][nc]<sharkSize && graph[nr][nc]!=0){
                        if(fr>nr){
                            fr = nr
                            fc = nc
                        }
                        else if(fr==nr){
                            if(fc>nc) {
                                fc = nc
                            }
                        }
                    }
                    visited[nr][nc]=true
                    q.add(Pair(nr,nc))
                }
            }
        }
        //물고기 좌표 구했다면 반환
        if(fr!=INF && fc!=INF){
            return Shark(fr,fc,dis)
        }
    }
    //물고기 좌표 못 구했다면 상어좌표 그대로 반환
    return shark
}

fun solve(n : Int, shark : Shark, graph : Array<IntArray>) : Int{
    var cur = shark
    var cnt=0
    while(true){
        //상어가 다음 먹을 물고기 위치, 거리 찾기
        val visited = Array<BooleanArray>(n){BooleanArray(n)}
        val next = bfs(n,shark,graph,visited)
        //다음 먹을 물고기 없으면 stop
        if(next==cur){
            break
        }
        //다음 먹을 물고기 있을 때
        else{
            cur.time +=next.time
            graph[next.r][next.c]=0
            cur.r = next.r
            cur.c = next.c
            cnt++
            if(cnt == sharkSize){
                sharkSize++
                cnt=0
            }
        }
    }
    //최종 이동 시간 반환
    return cur.time
}

fun main() = with(System.out.bufferedWriter()){
    val br = System.`in`.bufferedReader()
    var shark =Shark(0,0,0)
    val n = br.readLine().toInt()
    val graph = Array<IntArray>(n){ r->
        val tk = StringTokenizer(br.readLine())
        IntArray(n){ c->
            var node = tk.nextToken().toInt()
            if(node ==9){
                shark=Shark(r,c,0)
                node=0
            }
            node
        }
    }
    write("${solve(n,shark,graph)}")
    close()
}

data class Shark(var r : Int, var c : Int,var time : Int){
}