[ 그래프탐색 ] 백준 14502 연구소 - 자바 JAVA

https://www.acmicpc.net/problem/14502

14502번: 연구소

 

- 문제

인체에 치명적인 바이러스를 연구하던 연구소에서 바이러스가 유출되었다. 다행히 바이러스는 아직 퍼지지 않았고, 바이러스의 확산을 막기 위해서 연구소에 벽을 세우려고 한다.

연구소는 크기가 N×M인 직사각형으로 나타낼 수 있으며, 직사각형은 1×1 크기의 정사각형으로 나누어져 있다. 연구소는 빈 칸, 벽으로 이루어져 있으며, 벽은 칸 하나를 가득 차지한다. 

일부 칸은 바이러스가 존재하며, 이 바이러스는 상하좌우로 인접한 빈 칸으로 모두 퍼져나갈 수 있다. 새로 세울 수 있는 벽의 개수는 3개이며, 꼭 3개를 세워야 한다.

예를 들어, 아래와 같이 연구소가 생긴 경우를 살펴보자.

2 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 2 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

이때, 0은 빈 칸, 1은 벽, 2는 바이러스가 있는 곳이다. 아무런 벽을 세우지 않는다면, 바이러스는 모든 빈 칸으로 퍼져나갈 수 있다.

2행 1열, 1행 2열, 4행 6열에 벽을 세운다면 지도의 모양은 아래와 같아지게 된다.

2 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 2 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

 

바이러스가 퍼진 뒤의 모습은 아래와 같아진다.

2 1 0 0 1 1 2 1 0 1 0 1 2 2 0 1 1 0 1 2 2 0 1 0 0 0 1 2 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

 

벽을 3개 세운 뒤, 바이러스가 퍼질 수 없는 곳을 안전 영역이라고 한다. 위의 지도에서 안전 영역의 크기는 27이다.

연구소의 지도가 주어졌을 때 얻을 수 있는 안전 영역 크기의 최댓값을 구하는 프로그램을 작성하시오.

- 입력

첫째 줄에 지도의 세로 크기 N과 가로 크기 M이 주어진다. (3 ≤ N, M ≤ 8)

둘째 줄부터 N개의 줄에 지도의 모양이 주어진다. 0은 빈 칸, 1은 벽, 2는 바이러스가 있는 위치이다. 2의 개수는 2보다 크거나 같고, 10보다 작거나 같은 자연수이다.

빈 칸의 개수는 3개 이상이다.

- 출력

첫째 줄에 얻을 수 있는 안전 영역의 최대 크기를 출력한다.

 

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백준 14502 연구소 자바 코드

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
import java.util.StringTokenizer;

public class b14502_laboratory {

    static int N, M, max;         //행, 열, 안전영역의 최대크기
    static int[][] laboratoryMap; // 연구소크기

    //좌, 우, 아래, 위 좌표
    static int[] dy = { -1, 1, 0, 0 };
    static int[] dx = { 0, 0, -1, 1 };
    static ArrayList<virusPoint> arrVirus; //바이러스 위치

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        StringTokenizer st = new StringTokenizer(br.readLine());

        arrVirus = new ArrayList<virusPoint>();
        N = Integer.parseInt(st.nextToken());
        M = Integer.parseInt(st.nextToken());
        
        laboratoryMap = new int[N][M];
        max = 0;

        for (int i = 0; i < N; i++) {
            st = new StringTokenizer(br.readLine());
            for (int j = 0; j < M; j++) {
                laboratoryMap[i][j] = Integer.parseInt(st.nextToken());

                if (laboratoryMap[i][j] == 2) { //바이러스 위치값을 따로 기록합니다.
                    arrVirus.add(new virusPoint(i, j));
                }
            }
        }

        //벽 세우기를 시작합니다.
        makeWall(0);

        //안전영역 크기를 반환합니다.
        System.out.println(max);
    }

    // 벽을 세웁니다.
    public static void makeWall(int depth) {

        //3개의 벽을 세웠으면 바이러스를 퍼트립니다.
        if (depth == 3) {
            spreadVirus();
            return;
        }

        //3개의 벽을 세울때까지 반복합니다.
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            for (int j = 0; j < M; j++) {
                if (laboratoryMap[i][j] == 0) { //빈칸인 경우
                    laboratoryMap[i][j] = 1;    //벽을 세웁니다.
                    makeWall(depth + 1);        //3개의 벽을 세우기 위한 makeWall재귀를 실행합니다.
                    laboratoryMap[i][j] = 0;    //다음 경우를 위해서 값을 초기화합니다.
                }
            }
        }
    }

    //벽을 세우고 바이러스를 퍼트립니다.
    private static void spreadVirus() {
        // laboratoryMap -> copyMap으로 복사, 
        // 복사를 안하고 laboratoryMap를 그대로 사용한다면 다른 경우들이랑 중복되므로 바이러스를 퍼트릴때마다 복사해서 사용합니다.
        int[][] copyMap = copyMap(laboratoryMap);

        //바이러스 위치를 큐에 추가합니다.
        Queue<virusPoint> que = new LinkedList<virusPoint>();
        for (int i = 0; i < arrVirus.size(); i++) {
            que.offer(new virusPoint(arrVirus.get(i).x, arrVirus.get(i).y));
        }

        // copyMap에 바이러스가 있다면 바이러스를 퍼트립니다.
        while (!que.isEmpty()) {
            int row = que.peek().x; // peek : queue의 첫번째 값 참조, 제거X
            int col = que.poll().y; // poll : queue에 첫번째 값을 반환하고 제거, 비어있다면 null

            for (int k = 0; k < 4; k++) {
                int nextRow = row + dy[k];
                int nextCol = col + dx[k];

                // map의 범위에 존재하고 빈칸이라면 바이러스(2)를 대입합니다.
                if (isValid(nextRow, nextCol) && copyMap[nextRow][nextCol] == 0) {
                    copyMap[nextRow][nextCol] = 2;
                    que.offer(new virusPoint(nextRow, nextCol)); //바이러스 위치를 큐에 추가합니다.
                }
            }
        }

        //해당경우를 max값에 집어넣습니다.
        max = Math.max(max, countSafe(copyMap));
    }

    // map 복사
    public static int[][] copyMap(int [][] arrVirus) {
        int[][] copyMap = new int[N][M];
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            for (int j = 0; j < M; j++) {
                copyMap[i][j] = arrVirus[i][j];
            }
        }
        return copyMap;
    }

    //바이러스 좌표
    private static class virusPoint {
        int x;
        int y;

        public virusPoint(int x, int y) {
            this.x = x;
            this.y = y;
        }
    }

    // 입력된 연구소 크기의 유효성 검사
    public static boolean isValid(int row, int col) {
        if (row < 0 || row >= N || col < 0 || col >= M){
            return false;
        }
        return true;
    }

    // 안전구역 크기(0) 세기
    private static int countSafe(int[][] copyMap) {
        int result = 0;
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            for (int j = 0; j < M; j++) {
                if (copyMap[i][j] == 0) {
                    result++;
                }
            }
        }
        return result;
    }
}

너비 우선 탐색(Breadth-first search, BFS)과 Queue를 이용하여 풀이하는 문제입니다.

 

정리

제가 정리한 해당 코드의 흐름을 다음과 같습니다. 세부사항은 주석에 있습니다.

1. 연구소의 크기 및 위치값을 입력받습니다. 여기서 바이러스 위치는 따로 입력을 합니다.
2. 3개의 벽을 세웁니다.
3. 너비우선탐색으로 바이러스를 퍼트립니다. 이때 아까 바이러스위치를 입력한 값으로 상, 하, 좌, 우로 바이러스를 퍼트립니다.
4. 그리고 안전영역의 크기를 세어줍니다.
5. 2~4번 과정을 반복하며 안전영역의 크기 최대값을 추출합니다.

 

감사합니다.