力扣加加 - 努力做西湖区最好的算法题解
  • introduction
  • 第一章 - 算法专题
    • 数据结构
    • 链表专题
    • 树专题
    • 堆专题(上)
    • 堆专题(下)
    • 二分专题(上)
    • 二分专题(下)
    • 动态规划(重置版)
    • 大话搜索
    • 二叉树的遍历
    • 哈夫曼编码和游程编码
    • 布隆过滤器
    • 前缀树
    • 回溯
    • 滑动窗口(思路 + 模板)
    • 位运算
    • 小岛问题
    • 最大公约数
    • 并查集
    • 平衡二叉树专题
    • 蓄水池抽样
    • 单调栈
  • 第二章 - 91 天学算法
    • 91 天学算法第三期视频会议总结
    • 第一期讲义-二分法
    • 第一期讲义-双指针
    • 第三期正在火热进行中
  • 第三章 - 精选题解
    • 字典序列删除
    • 西法的刷题秘籍】一次搞定前缀和
    • 字节跳动的算法面试题是什么难度?
    • 字节跳动的算法面试题是什么难度?(第二弹)
    • 《我是你的妈妈呀》 * 第一期
    • 一文带你看懂二叉树的序列化
    • 穿上衣服我就不认识你了?来聊聊最长上升子序列
    • 你的衣服我扒了 * 《最长公共子序列》
    • 一文看懂《最大子序列和问题》
  • 第四章 - 高频考题(简单)
    • 面试题 17.12. BiNode
    • 0001. 两数之和
    • 0020. 有效的括号
    • 0021. 合并两个有序链表
    • 0026. 删除排序数组中的重复项
    • 0053. 最大子序和
    • 0160. 相交链表
    • 0066. 加一
    • 0088. 合并两个有序数组
    • 0101. 对称二叉树
    • 0104. 二叉树的最大深度
    • 0108. 将有序数组转换为二叉搜索树
    • 0121. 买卖股票的最佳时机
    • 0122. 买卖股票的最佳时机 II
    • 0125. 验证回文串
    • 0136. 只出现一次的数字
    • 0155. 最小栈
    • 0167. 两数之和 II 输入有序数组
    • 0169. 多数元素
    • 0172. 阶乘后的零
    • 0190. 颠倒二进制位
    • 0191. 位 1 的个数
    • 0198. 打家劫舍
    • 0203. 移除链表元素
    • 0206. 反转链表
    • 0219. 存在重复元素 II
    • 0226. 翻转二叉树
    • 0232. 用栈实现队列
    • 0263. 丑数
    • 0283. 移动零
    • 0342. 4 的幂
    • 0349. 两个数组的交集
    • 0371. 两整数之和
    • 401. 二进制手表
    • 0437. 路径总和 III
    • 0455. 分发饼干
    • 0504. 七进制数
    • 0575. 分糖果
    • 0665. 非递减数列
    • 0661. 图片平滑器
    • 821. 字符的最短距离
    • 0874. 模拟行走机器人
    • 1128. 等价多米诺骨牌对的数量
    • 1260. 二维网格迁移
    • 1332. 删除回文子序列
    • 2591. 将钱分给最多的儿童
  • 第五章 - 高频考题(中等)
    • 面试题 17.09. 第 k 个数
    • 面试题 17.23. 最大黑方阵
    • 面试题 16.16. 部分排序
    • Increasing Digits
    • Longest Contiguously Strictly Increasing Sublist After Deletion
    • Consecutive Wins
    • Number of Substrings with Single Character Difference
    • Bus Fare
    • Minimum Dropping Path Sum
    • Every Sublist Min Sum
    • Maximize the Number of Equivalent Pairs After Swaps
    • 0002. 两数相加
    • 0003. 无重复字符的最长子串
    • 0005. 最长回文子串
    • 0011. 盛最多水的容器
    • 0015. 三数之和
    • 0017. 电话号码的字母组合
    • 0019. 删除链表的倒数第 N 个节点
    • 0022. 括号生成
    • 0024. 两两交换链表中的节点
    • 0029. 两数相除
    • 0031. 下一个排列
    • 0033. 搜索旋转排序数组
    • 0039. 组合总和
    • 0040. 组合总和 II
    • 0046. 全排列
    • 0047. 全排列 II
    • 0048. 旋转图像
    • 0049. 字母异位词分组
    • 0050. Pow(x, n)
    • 0055. 跳跃游戏
    • 0056. 合并区间
    • 0060. 第 k 个排列
    • 0061. 旋转链表
    • 0062. 不同路径
    • 0073. 矩阵置零
    • 0075. 颜色分类
    • 0078. 子集
    • 0079. 单词搜索
    • 0080. 删除排序数组中的重复项 II
    • 0086. 分隔链表
    • 0090. 子集 II
    • 0091. 解码方法
    • 0092. 反转链表 II
    • 0094. 二叉树的中序遍历
    • 0095. 不同的二叉搜索树 II
    • 0096. 不同的二叉搜索树
    • 0098. 验证二叉搜索树
    • 0102. 二叉树的层序遍历
    • 0103. 二叉树的锯齿形层次遍历
    • 0113. 路径总和 II
    • 0129. 求根到叶子节点数字之和
    • 0130. 被围绕的区域
    • 0131. 分割回文串
    • 0139. 单词拆分
    • 0144. 二叉树的前序遍历
    • 0147. 对链表进行插入排序
    • 0150. 逆波兰表达式求值
    • 0152. 乘积最大子数组
    • 0153. 寻找旋转排序数组中的最小值
    • 0199. 二叉树的右视图
    • 0200. 岛屿数量
    • 0201. 数字范围按位与
    • 0208. 实现 Trie (前缀树)
    • 0209. 长度最小的子数组
    • 0211. 添加与搜索单词 - 数据结构设计
    • 0215. 数组中的第 K 个最大元素
    • 0220. 存在重复元素 III
    • 0221. 最大正方形
    • 0227. 基本计算器 II
    • 0229. 求众数 II
    • 0230. 二叉搜索树中第 K 小的元素
    • 0236. 二叉树的最近公共祖先
    • 0238. 除自身以外数组的乘积
    • 0240. 搜索二维矩阵 II
    • 0279. 完全平方数
    • 0309. 最佳买卖股票时机含冷冻期
    • 0322. 零钱兑换
    • 0324. 摆动排序 II
    • 0328. 奇偶链表
    • 0331. 验证二叉树的前序序列化
    • 0334. 递增的三元子序列
    • 0337. 打家劫舍 III
    • 0343. 整数拆分
    • 0365. 水壶问题
    • 0378. 有序矩阵中第 K 小的元素
    • 0380. 常数时间插入、删除和获取随机元素
    • 0394. 字符串解码
    • 0416. 分割等和子集
    • 0424. 替换后的最长重复字符
    • 0438. 找到字符串中所有字母异位词
    • 0445. 两数相加 II
    • 0454. 四数相加 II
    • 0456. 132 模式
    • 0457.457. 环形数组是否存在循环
    • 0464. 我能赢么
    • 0470. 用 Rand7() 实现 Rand10
    • 0473. 火柴拼正方形
    • 0494. 目标和
    • 0516. 最长回文子序列
    • 0513. 找树左下角的值
    • 0518. 零钱兑换 II
    • 0525. 连续数组
    • 0547. 朋友圈
    • 0560. 和为 K 的子数组
    • 0609. 在系统中查找重复文件
    • 0611. 有效三角形的个数
    • 0673. 最长递增子序列的个数
    • 0686. 重复叠加字符串匹配
    • 0710. 黑名单中的随机数
    • 0714. 买卖股票的最佳时机含手续费
    • 0718. 最长重复子数组
    • 0735. 行星碰撞
    • 0754. 到达终点数字
    • 0785. 判断二分图
    • 0790. 多米诺和托米诺平铺
    • 0799. 香槟塔
    • 0801. 使序列递增的最小交换次数
    • 0816. 模糊坐标
    • 0820. 单词的压缩编码
    • 0838. 推多米诺
    • 0873. 最长的斐波那契子序列的长度
    • 0875. 爱吃香蕉的珂珂
    • 0877. 石子游戏
    • 0886. 可能的二分法
    • 0898. 子数组按位或操作
    • 0900. RLE 迭代器
    • 0911. 在线选举
    • 0912. 排序数组
    • 0932. 漂亮数组
    • 0935. 骑士拨号器
    • 0947. 移除最多的同行或同列石头
    • 0959. 由斜杠划分区域
    • 0978. 最长湍流子数组
    • 0987. 二叉树的垂序遍历
    • 1004. 最大连续 1 的个数 III
    • 1011. 在 D 天内送达包裹的能力
    • 1014. 最佳观光组合
    • 1015. 可被 K 整除的最小整数
    • 1019. 链表中的下一个更大节点
    • 1020. 飞地的数量
    • 1023. 驼峰式匹配
    • 1031. 两个非重叠子数组的最大和
    • 1043. 分隔数组以得到最大和
    • 1053. 交换一次的先前排列)
    • 1104. 二叉树寻路
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    • 1131.绝对值表达式的最大值
    • 1138. 字母板上的路径
    • 1186. 删除一次得到子数组最大和
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    • 1227. 飞机座位分配概率
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    • 1638. 统计只差一个字符的子串数目
    • 1658. 将 x 减到 0 的最小操作数
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    • 1793. 好子数组的最大分数
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    • 1899. 合并若干三元组以形成目标三元组
    • 1904. 你完成的完整对局数
    • 1906. 查询差绝对值的最小值
    • 1906. 查询差绝对值的最小值
    • 2007. 从双倍数组中还原原数组
    • 2008. 出租车的最大盈利
    • 2100. 适合打劫银行的日子
    • 2101. 引爆最多的炸弹
    • 2121. 相同元素的间隔之和
    • 2207. 字符串中最多数目的子字符串
    • 2592. 最大化数组的伟大值
    • 2593. 标记所有元素后数组的分数
    • 2817. 限制条件下元素之间的最小绝对差
    • 2865. 美丽塔 I
    • 2866. 美丽塔 II
    • 2939. 最大异或乘积
    • 3377. 使两个整数相等的数位操作
    • 3404. 统计特殊子序列的数目
    • 3428. 至多 K 个子序列的最大和最小和
  • 第六章 - 高频考题(困难)
    • LCP 20. 快速公交
    • LCP 21. 追逐游戏
    • Number Stream to Intervals
    • Triple-Inversion
    • Kth-Pair-Distance
    • Minimum-Light-Radius
    • Largest Equivalent Set of Pairs
    • Ticket-Order.md
    • Connected-Road-to-Destination
    • 0004. 寻找两个正序数组的中位数
    • 0023. 合并 K 个升序链表
    • 0025. K 个一组翻转链表
    • 0030. 串联所有单词的子串
    • 0032. 最长有效括号
    • 0042. 接雨水
    • 0052. N 皇后 II
    • 0057. 插入区间
    • 0065. 有效数字
    • 0084. 柱状图中最大的矩形
    • 0085. 最大矩形
    • 0087. 扰乱字符串
    • 0124. 二叉树中的最大路径和
    • 0128. 最长连续序列
    • 0132. 分割回文串 II
    • 0140. 单词拆分 II
    • 0145. 二叉树的后序遍历
    • 0146. LRU 缓存机制
    • 0154. 寻找旋转排序数组中的最小值 II
    • 0212. 单词搜索 II
    • 0239. 滑动窗口最大值
    • 0295. 数据流的中位数
    • 0297. 二叉树的序列化与反序列化
    • 0301. 删除无效的括号
    • 0312. 戳气球
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    • 0335. 路径交叉
    • 0460. LFU 缓存
    • 0472. 连接词
    • 0480. 滑动窗口中位数
    • 0483. 最小好进制
    • 0488. 祖玛游戏
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    • 0664. 奇怪的打印机
    • 0679. 24 点游戏
    • 0715. Range 模块
    • 0726. 原子的数量
    • 0768. 最多能完成排序的块 II
    • 0805. 数组的均值分割
    • 0839. 相似字符串组
    • 0887. 鸡蛋掉落
    • 0895. 最大频率栈
    • 0975. 奇偶跳
    • 0995. K 连续位的最小翻转次数
    • 1032. 字符流
    • 1168. 水资源分配优化
    • 1178. 猜字谜
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    • 1713. 得到子序列的最少操作次数
    • 1723. 完成所有工作的最短时间
    • 1787. 使所有区间的异或结果为零
    • 1835. 所有数对按位与结果的异或和
    • 1871. 跳跃游戏 VII
    • 1872. 石子游戏 VIII
    • 1883. 准时抵达会议现场的最小跳过休息次数
    • 1970. 你能穿过矩阵的最后一天
    • 2009. 使数组连续的最少操作数
    • 2025. 分割数组的最多方案数
    • 2030. 含特定字母的最小子序列
    • 2102. 序列顺序查询
    • 2141. 同时运行 N 台电脑的最长时间
    • 2179. 统计数组中好三元组数目 👍
    • 2209. 用地毯覆盖后的最少白色砖块
    • 2281.sum-of-total-strength-of-wizards
    • 2306. 公司命名
    • 2312. 卖木头块
    • 2842. 统计一个字符串的 k 子序列美丽值最大的数目
    • 2972. 统计移除递增子数组的数目 II
    • 3027. 人员站位的方案数 II
    • 3041. 修改数组后最大化数组中的连续元素数目
    • 3082. 求出所有子序列的能量和
    • 3108. 带权图里旅途的最小代价
    • 3347. 执行操作后元素的最高频率 II
    • 3336. 最大公约数相等的子序列数量
    • 3410. 删除所有值为某个元素后的最大子数组和
  • 后序
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在本页
  • 题目地址(1168. 水资源分配优化)
  • 题目描述
  • 前置知识
  • 公司
  • 思路
  • 关键点分析
  • 代码 (Java/Python3)
  • 延伸阅读

这有帮助吗?

  1. 第六章 - 高频考题(困难)

1168. 水资源分配优化

题目地址(1168. 水资源分配优化)

https://leetcode.com/problems/optimize-water-distribution-in-a-village/

题目描述

村庄内有n户人家,我们可以通过挖井或者建造水管向每家供水。

对于每户人家i,我们可以通过花费 wells[i] 直接在其房内挖水井,或者通过水管连接到其他的水井。每两户住户间铺设水管的费用通过 pipes 数组表示。 pipes[i] = [house1, house2, cost] 表示住户1到住户2间铺设水管的费用为cost。

请求出所有住户都能通水的最小花费。

示例1:


输入: n = 3, wells = [1,2,2], pipes = [[1,2,1],[2,3,1]]
输出: 3
解释: 
The image shows the costs of connecting houses using pipes.
The best strategy is to build a well in the first house with cost 1 and connect the other houses to it with cost 2 so the total cost is 3.
提示:

1 <= n <= 10000
wells.length == n
0 <= wells[i] <= 10^5
1 <= pipes.length <= 10000
1 <= pipes[i][0], pipes[i][1] <= n
0 <= pipes[i][2] <= 10^5
pipes[i][0] != pipes[i][1]

前置知识

  • 图

  • 最小生成树

公司

  • 暂无

思路

题意,在每个城市打井需要一定的花费,也可以用其他城市的井水,城市之间建立连接管道需要一定的花费,怎么样安排可以花费最少的前灌溉所有城市。

这是一道连通所有点的最短路径/最小生成树问题,把城市看成图中的点,管道连接城市看成是连接两个点之间的边。这里打井的花费是直接在点上,而且并不是所有 点之间都有边连接,为了方便,我们可以假想一个点(root)0,这里自身点的花费可以与 0 连接,花费可以是 0-i 之间的花费。这样我们就可以构建一个连通图包含所有的点和边。 那在一个连通图中求最短路径/最小生成树的问题.

参考延伸阅读中,维基百科针对这类题给出的几种解法。

解题步骤:

  1. 创建 POJO EdgeCost(node1, node2, cost) - 节点1 和 节点2 连接边的花费。

  2. 假想一个root 点 0,构建图

  3. 连通所有节点和 0,[0,i] - i 是节点 [1,n],0-1 是节点 0 和 1 的边,边的值是节点 i 上打井的花费 wells[i];

  4. 把打井花费和城市连接点转换成图的节点和边。

  5. 对图的边的值排序(从小到大)

  6. 遍历图的边,判断两个节点有没有连通 (Union-Find),

    • 已连通就跳过,继续访问下一条边

    • 没有连通,记录花费,连通节点

  7. 若所有节点已连通,求得的最小路径即为最小花费,返回

  8. 对于每次union, 节点数 n-1, 如果 n==0 说明所有节点都已连通,可以提前退出,不需要继续访问剩余的边。

这里用加权Union-Find 判断两个节点是否连通,和连通未连通的节点。

举例:n = 5, wells=[1,2,2,3,2], pipes=[[1,2,1],[2,3,1],[4,5,7]]

如图:

从图中可以看到,最后所有的节点都是连通的。

复杂度分析

  • 时间复杂度: O(ElogE) - E 是图的边的个数

  • 空间复杂度: O(E)

一个图最多有 n(n-1)/2 - n 是图中节点个数 条边 (完全连通图)

关键点分析

  1. 构建图,得出所有边

  2. 对所有边排序

  3. 遍历所有的边(从小到大)

  4. 对于每条边,检查是否已经连通,若没有连通,加上边上的值,连通两个节点。若已连通,跳过。

代码 (Java/Python3)

Java code

  class OptimizeWaterDistribution {
    public int minCostToSupplyWater(int n, int[] wells, int[][] pipes) {
      List<EdgeCost> costs = new ArrayList<>();
      for (int i = 1; i <= n; i++) {
        costs.add(new EdgeCost(0, i, wells[i - 1]));
      }
      for (int[] p : pipes) {
        costs.add(new EdgeCost(p[0], p[1], p[2]));
      }
      Collections.sort(costs);
      int minCosts = 0;
      UnionFind uf = new UnionFind(n);
      for (EdgeCost edge : costs) {
        int rootX = uf.find(edge.node1);
        int rootY = uf.find(edge.node2);
        if (rootX == rootY) continue;
        minCosts += edge.cost;
        uf.union(edge.node1, edge.node2);
        // for each union, we connnect one node
        n--;
        // if all nodes already connected, terminate early
        if (n == 0) {
          return minCosts;
        }
      }
      return minCosts;
    }
  
    class EdgeCost implements Comparable<EdgeCost> {
      int node1;
      int node2;
      int cost;
      public EdgeCost(int node1, int node2, int cost) {
        this.node1 = node1;
        this.node2 = node2;
        this.cost = cost;
      }
  
      @Override
      public int compareTo(EdgeCost o) {
        return this.cost - o.cost;
      }
    }
    
    class UnionFind {
      int[] parent;
      int[] rank;
      public UnionFind(int n) {
        parent = new int[n + 1];
        for (int i = 0; i <= n; i++) {
          parent[i] = i;
        }
        rank = new int[n + 1];
      }
      public int find(int x) {
        return x == parent[x] ? x : find(parent[x]);
      }
      public void union(int x, int y) {
        int px = find(x);
        int py = find(y);
        if (px == py) return;
        if (rank[px] >= rank[py]) {
          parent[py] = px;
          rank[px] += rank[py];
        } else {
          parent[px] = py;
          rank[py] += rank[px];
        }
      }
    }
  }

Pythong3 code

class Solution:
    def minCostToSupplyWater(self, n: int, wells: List[int], pipes: List[List[int]]) -> int:
        union_find = {i: i for i in range(n + 1)}
        
        def find(x):
            return x if x == union_find[x] else find(union_find[x])
        
        def union(x, y):
            px = find(x)
            py = find(y)
            union_find[px] = py
            
        graph_wells = [[cost, 0, i] for i, cost in enumerate(wells, 1)]
        graph_pipes = [[cost, i, j] for i, j, cost in pipes]
        min_costs = 0
        for cost, x, y in sorted(graph_wells + graph_pipes):
            if find(x) == find(y):
                continue
            union(x, y)
            min_costs += cost
            n -= 1
            if n == 0:
                return min_costs

延伸阅读

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