如何优化初学者 HackerEarth 代码

Question

我一直在尝试解决这个 HackerEarth 问题，但最后几个测试用例似乎总是超时

问题陈述： https://www.hackerearth.com/practice/algorithms/searching/linear-search/practice-problems/algorithm/joker-and-thieves-53e59f4a/

我是一年级学生，所以我真的不知道如何很好地优化

我尝试查看 java 解决方案，但它只是将更大的案例放入代码中，有效地消除了优化它的需要

import java.io.*;
import java.util.*;
public class police {
    static int t,n,k;
    static char[][] test;
    static int max = 0;
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        StringTokenizer st = new StringTokenizer(br.readLine());
        t = Integer.parseInt(st.nextToken());


        for (int i = 0; i < t; i++) {
           st = new StringTokenizer(br.readLine());
            n = Integer.parseInt(st.nextToken());
            k = Integer.parseInt(st.nextToken());
            test = new char[n][n];


            int ret = 0;

            for (int b = 0; b < n; b++) {
                st = new StringTokenizer(br.readLine());
                for (int a = 0; a < n; a++) {
                    test[b][a] = st.nextToken().charAt(0);
                }
            }

            for (int b = 0; b < n; b++) {
                ret += solve(test[b]); //calculate each row
            }

            System.out.println(ret);


        }    


    }
    static int solve(char[] a) { //given a row, calculate the maximum number of catches
        int ret = 0;
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            if (a[i] == 'P') {

                for (int b = i - k; b <= i + k; b++) { //scan area to see if police can catch a thief
                    if (b >= 0 && b < n && a[b] == 'T') {
                        a[b] = 'C'; //caught
                        break;
                    }
                }

                a[i] = 'U'; //used
            }

        }
        for (int i = 0; i < n; i++) //count
            if (a[i] == 'C')
                ret++;

        return ret;
    }
}

我很确定这与解决方法有关，如果有人可以帮助我，那就太棒了

Answer 1

你是对的，你在 solve 方法中使用的方法是超时的原因。

首先你需要对algorithm complexity和Big O notation有个概念

问题约束是：

1 <= N <= 1000

1 <= K <= N * N

这些表明您的解决方案的复杂性最多应为O(N * N)。换句话说，最多有两个嵌套的 for 循环，每个循环的复杂度为 O(N)。

在您的解决方案中，您正在执行以下操作：

for (int b = 0; b < n; b++) {
    ret += solve(test[b]); //calculate each row
}

好的，这个循环是必不可少的，因为您必须遍历网格中的所有行。复杂度：O(N)

然后在你的解决方法中：

for (int i = 0; i < n; i++) {
    if (a[i] == 'P') {

        for (int b = i - k; b <= i + k; b++) { //scan area to see if police can catch a thief
            if (b >= 0 && b < n && a[b] == 'T') {
                a[b] = 'C'; //caught
                break;
            }
        }

        a[i] = 'U'; //used
    }

}

这些嵌套的 for 循环是问题的真正原因，外部循环的复杂度是 O(N)，而内部循环的复杂度也可能是 O(N)，因为 K 的值很高。所以三个for循环的总复杂度可以达到O(N * N * N)，肯定会超时。

这是我对这个问题的解决方案，我只修改了solve方法：

static int solve(char[] a) { //given a row, calculate the maximum number of catches
        int ret = 0;
        ArrayDeque<Integer> policeMenQueue = new ArrayDeque<>(); // queue for holding positions of policemen
        ArrayDeque<Integer> thievesQueue = new ArrayDeque<>(); // queue for positions of thieves
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            if(!policeMenQueue.isEmpty()) { // check if the leftmost policeman can catch a thief at current position (i)
                Integer mostLeftPoliceMan = policeMenQueue.getFirst();
                if(i - mostLeftPoliceMan > k) { // if he cannot then we must remove him as he will no longer be able to catch any thieves
                    policeMenQueue.removeFirst();
                }
            }
            if(!thievesQueue.isEmpty()) { // check if the leftmost thief can be caught be a policeman at current position (i)
                Integer mostLeftThief = thievesQueue.getFirst();
                if(i - mostLeftThief > k) { // if not then we must remove him as he will no longer be caught by any policemen
                    thievesQueue.removeFirst();
                }
            }
            if(a[i] == 'P') {
                if(!thievesQueue.isEmpty()) { // the leftmost thief can be caught by current policeman
                    ret++;
                    thievesQueue.removeFirst(); // ok this thief is caught, remove him
                } else {
                    policeMenQueue.addLast(i); // just add the policeman to keep his position in the queue
                }
            }
            if(a[i] == 'T') {
                if(!policeMenQueue.isEmpty()) { // the current thief can be caught by the leftmost policeman
                    ret++;
                    policeMenQueue.removeFirst(); // ok this policeman has already caught a thief (used), remove him
                } else {
                    thievesQueue.addLast(i); // just add the thief to keep his position in the queue
                }
            }
        }
        return ret;
    }

我的想法：从左到右循环每一行，正如问题所述：每个警察只能抓到一个小偷，我们希望最大限度地增加抓到的小偷，所以每个小偷都被抓到对我们有利最左边的警察（我们从左到右）。

例如考虑这一行：

P P T T

想象一下K = 2

我们赞成3位置的小偷被1位置的警察抓到，因为这个警察无法抓住4位置的小偷，当然2位置的警察可以抓住两个小偷这种情况，但请记住，我们必须最大化抓到的小偷数量，每个警察只能抓到一个小偷，所以我们希望每个小偷都被最左边的那个能抓到他的警察抓到。

我的解决方案依赖于queue 数据结构（Java 中的ArrayDeque），如果您不知道它是如何工作的或者我为什么要使用它，请看这里：https://www.tutorialspoint.com/data_structures_algorithms/dsa_queue.htm