2577. 在网格图中访问一个格子的最少时间

题目描述

给你一个 m x n 的矩阵 grid ，每个元素都为非负整数，其中 grid[row][col] 表示可以访问格子 (row, col) 的最早时间。也就是说当你访问格子 (row, col) 时，最少已经经过的时间为 grid[row][col] 。

你从 最左上角 出发，出发时刻为 0 ，你必须一直移动到上下左右相邻四个格子中的任意一个格子（即不能停留在格子上）。每次移动都需要花费 1 单位时间。

请你返回最早到达右下角格子的时间，如果你无法到达右下角的格子，请你返回 -1 。

示例 1：

输入：grid = [[0,1,3,2],[5,1,2,5],[4,3,8,6]]
输出：7
解释：一条可行的路径为：
- 时刻 t = 0 ，我们在格子 (0,0) 。
- 时刻 t = 1 ，我们移动到格子 (0,1) ，可以移动的原因是 grid[0][1] <= 1 。
- 时刻 t = 2 ，我们移动到格子 (1,1) ，可以移动的原因是 grid[1][1] <= 2 。
- 时刻 t = 3 ，我们移动到格子 (1,2) ，可以移动的原因是 grid[1][2] <= 3 。
- 时刻 t = 4 ，我们移动到格子 (1,1) ，可以移动的原因是 grid[1][1] <= 4 。
- 时刻 t = 5 ，我们移动到格子 (1,2) ，可以移动的原因是 grid[1][2] <= 5 。
- 时刻 t = 6 ，我们移动到格子 (1,3) ，可以移动的原因是 grid[1][3] <= 6 。
- 时刻 t = 7 ，我们移动到格子 (2,3) ，可以移动的原因是 grid[2][3] <= 7 。
最终到达时刻为 7 。这是最早可以到达的时间。

示例 2：

输入：grid = [[0,2,4],[3,2,1],[1,0,4]]
输出：-1
解释：没法从左上角按题目规定走到右下角。

提示：

m == grid.length
n == grid[i].length
2 <= m, n <= 1000
4 <= m * n <= 10⁵
0 <= grid[i][j] <= 10⁵
grid[0][0] == 0

解法

方法一：最短路 + 优先队列（小根堆）

我们观察发现，如果在格子 $(0, 0)$ 处无法移动，即 $grid[0][1] \gt 1$ 且 $grid[1][0] \gt 1$，那么我们在格子 $(0, 0)$ 无法再移动，此时返回 $-1$ 即可。而对于其他情况，我们都可以移动。

接下来，我们定义 $dist[i][j]$ 表示 $(i, j)$ 处的最早到达时间，初始时 $dist[0][0] = 0$，而其他位置的 $dist$ 均初始化为 $\infty$。

我们使用优先队列（小根堆）来维护当前可以移动的格子，优先队列中的元素为 $(dist[i][j], i, j)$，即 $(dist[i][j], i, j)$ 表示 $(i, j)$ 处的最早到达时间。

我们每次从优先队列中取出当前最早到达的格子 $(t, i, j)$，如果 $(i, j)$ 为 $(m - 1, n - 1)$，那么我们直接返回 $t$ 即可，否则，我们遍历 $(i, j)$ 的上下左右四个相邻格子 $(x, y)$，如果 $t + 1 \lt grid[x][y]$，那么我们移动到 $(x, y)$ 的时间 $nt = grid[x][y] + (grid[x][y] - (t + 1)) \bmod 2$，此时我们可以通过反复移动将时间拉长至不小于 $grid[x][y]$，这取决于 $t + 1$ 和 $grid[x][y]$ 距离的奇偶性。否则，我们移动到 $(x, y)$ 的时间 $nt = t + 1$。如果 $nt \lt dist[x][y]$，那么我们更新 $dist[x][y] = nt$，并将 $(nt, x, y)$ 加入优先队列中。

时间复杂度 $O(m \times n \times \log (m \times n))$，空间复杂度 $O(m \times n)$。其中 $m$ 和 $n$ 分别为网格的行数和列数。

class Solution:
    def minimumTime(self, grid: List[List[int]]) -> int:
        if grid[0][1] > 1 and grid[1][0] > 1:
            return -1
        m, n = len(grid), len(grid[0])
        dist = [[inf] * n for _ in range(m)]
        dist[0][0] = 0
        q = [(0, 0, 0)]
        dirs = (-1, 0, 1, 0, -1)
        while 1:
            t, i, j = heappop(q)
            if i == m - 1 and j == n - 1:
                return t
            for a, b in pairwise(dirs):
                x, y = i + a, j + b
                if 0 <= x < m and 0 <= y < n:
                    nt = t + 1
                    if nt < grid[x][y]:
                        nt = grid[x][y] + (grid[x][y] - nt) % 2
                    if nt < dist[x][y]:
                        dist[x][y] = nt
                        heappush(q, (nt, x, y))

class Solution {
    public int minimumTime(int[][] grid) {
        if (grid[0][1] > 1 && grid[1][0] > 1) {
            return -1;
        }
        int m = grid.length, n = grid[0].length;
        int[][] dist = new int[m][n];
        for (var e : dist) {
            Arrays.fill(e, 1 << 30);
        }
        dist[0][0] = 0;
        PriorityQueue<int[]> pq = new PriorityQueue<>((a, b) -> a[0] - b[0]);
        pq.offer(new int[] {0, 0, 0});
        int[] dirs = {-1, 0, 1, 0, -1};
        while (true) {
            var p = pq.poll();
            int i = p[1], j = p[2];
            if (i == m - 1 && j == n - 1) {
                return p[0];
            }
            for (int k = 0; k < 4; ++k) {
                int x = i + dirs[k], y = j + dirs[k + 1];
                if (x >= 0 && x < m && y >= 0 && y < n) {
                    int nt = p[0] + 1;
                    if (nt < grid[x][y]) {
                        nt = grid[x][y] + (grid[x][y] - nt) % 2;
                    }
                    if (nt < dist[x][y]) {
                        dist[x][y] = nt;
                        pq.offer(new int[] {nt, x, y});
                    }
                }
            }
        }
    }
}

class Solution {
public:
    int minimumTime(vector<vector<int>>& grid) {
        if (grid[0][1] > 1 && grid[1][0] > 1) {
            return -1;
        }
        int m = grid.size(), n = grid[0].size();
        int dist[m][n];
        memset(dist, 0x3f, sizeof dist);
        dist[0][0] = 0;
        using tii = tuple<int, int, int>;
        priority_queue<tii, vector<tii>, greater<tii>> pq;
        pq.emplace(0, 0, 0);
        int dirs[5] = {-1, 0, 1, 0, -1};
        while (1) {
            auto [t, i, j] = pq.top();
            pq.pop();
            if (i == m - 1 && j == n - 1) {
                return t;
            }
            for (int k = 0; k < 4; ++k) {
                int x = i + dirs[k], y = j + dirs[k + 1];
                if (x >= 0 && x < m && y >= 0 && y < n) {
                    int nt = t + 1;
                    if (nt < grid[x][y]) {
                        nt = grid[x][y] + (grid[x][y] - nt) % 2;
                    }
                    if (nt < dist[x][y]) {
                        dist[x][y] = nt;
                        pq.emplace(nt, x, y);
                    }
                }
            }
        }
    }
};

func minimumTime(grid [][]int) int {
	if grid[0][1] > 1 && grid[1][0] > 1 {
		return -1
	}
	m, n := len(grid), len(grid[0])
	dist := make([][]int, m)
	for i := range dist {
		dist[i] = make([]int, n)
		for j := range dist[i] {
			dist[i][j] = 1 << 30
		}
	}
	dist[0][0] = 0
	pq := hp{}
	heap.Push(&pq, tuple{0, 0, 0})
	dirs := [5]int{-1, 0, 1, 0, -1}
	for {
		p := heap.Pop(&pq).(tuple)
		i, j := p.i, p.j
		if i == m-1 && j == n-1 {
			return p.t
		}
		for k := 0; k < 4; k++ {
			x, y := i+dirs[k], j+dirs[k+1]
			if x >= 0 && x < m && y >= 0 && y < n {
				nt := p.t + 1
				if nt < grid[x][y] {
					nt = grid[x][y] + (grid[x][y]-nt)%2
				}
				if nt < dist[x][y] {
					dist[x][y] = nt
					heap.Push(&pq, tuple{nt, x, y})
				}
			}
		}
	}
}

type tuple struct{ t, i, j int }
type hp []tuple

func (h hp) Len() int           { return len(h) }
func (h hp) Less(i, j int) bool { return h[i].t < h[j].t }
func (h hp) Swap(i, j int)      { h[i], h[j] = h[j], h[i] }
func (h *hp) Push(v any)        { *h = append(*h, v.(tuple)) }
func (h *hp) Pop() any          { a := *h; v := a[len(a)-1]; *h = a[:len(a)-1]; return v }

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