最大奖品数-第13届蓝桥杯省赛Python真题精选

文摘   教育   2024-06-28 20:45   湖北  

[导读]:超平老师的Scratch蓝桥杯真题解读系列在推出之后,受到了广大老师和家长的好评,非常感谢各位的认可和爱。作为回馈,超平老师计划推出《Python蓝桥杯真题解析100讲》,这是解读系列的第91讲。

最大奖品数,本题是2022年4月23日举办的第13届蓝桥杯青少组Python编程省赛真题编程部分第6题,13届一共举办了两次省赛,这是第二次省赛。题目要求对于给定的N * M矩阵方格数据,请编程计算最多可获得的奖品数

先来看看题目的要求吧。

01
题目说明 

时间限制:3000MS

内存限制:589824K8

编程实现:

有一个N * M的矩阵方格,其中有些方格中有奖品,有些方格中没有奖品。小蓝需要从N * M的矩阵中选择一个正方形区域,如果所选的正方形区域的一条对角线方格中都有奖品,其他方格都没有奖品,就会获得所选区域中的所有奖品,否则不能获得奖品。

当给出N和M的值,及N * M的矩阵方格中摆放的奖品情况

例如:N = 5,M = 6,奖品情况如下:

选择上图红色正方形区域,可以获得最多的4个奖品。

输入描述:

第一行输入两个整数N和M(1 ≤ N ≤ 100,1 ≤ M ≤ 100),N表示矩阵的行数,M表示矩阵的列数,两个整数之间一个空格隔开

接下来输入N行,每行包括M个0或者1(0表示方格中没有奖品,1表示方格中有奖品),0或者1之间一个空格隔开

输出描述:

输出一个整数,表示最多可获得的奖品数

输入样例:

5 6

1 0 1 0 0 0

0 1 0 1 0 0

1 0 0 0 1 0

0 1 0 0 0 1

1 0 1 0 0 0

输出样例:

4

评分标准:

  • 20分:能正确输出一组数据;

  • 20分:能正确输出两组数据;

  • 20分:能正确输出三组数据;

  • 20分:能正确输出四组数据;

  • 20分:能正确输出五组数据。

02
思路分析 

这是一道涉及二维矩阵遍历的算法题,涉及的知识点包括循环、条件、二维列表、自定义函数、枚举算法和DFS算法等。

题目有一定的难度,首先得搞清楚构成正方形区域有哪些情况,又有什么特点。
正方形只有一个,但是对角线有两条,一条是从右上到左下,一条是从左上到右下。为了方便描述,我们将前者称为撇,后者称为捺,就是笔画中的撇(丿)和捺(乀),还是挺形象的吧。

我们分别举例说,在一个5 x 6的矩阵方格中,撇构成的正方形如下:
捺构成的正方形如下:

当然,正方形也可能是在中间某个区域,如图:

根据上面的分析,我们应该把焦点放在对角线上,同时还需要注意一点,只有对角线方格全为1,其它位置方格全为0的正方形才能获得奖品
因此,在上面给出的3个例子中,第一个和第三个除了对角线上都是1外,正方形区域内还有其它的方格为1,所以不能获得奖品,第二个例子中可以获得4个奖品。
因此,对于任何一个值为1的单元格,我们都需要计算撇(丿)对角线和捺(乀)对角线的最大长度,同时确保其正方形区域内其它方格内没有1。
为了方便计算,我们可以将当前单元格作为起点,分别计算撇对角线和捺对角线的最大长度,同时确保其对应的正方形区域只有对角线上都为1
比如,对于下图中的单元格[2][3]来说,将其作为起点,(乀)对角线(只考虑右下方,不考虑左上方)的最大长度是3,对应的是一个3 * 3的正方形,在正方形区域中只有3个方格为1,且都在对角线上,所以可以获奖,奖品数为3。

而撇(丿)对角线(只考虑左下方,不考虑右上方)的最大长度为2,对应的是一个2 * 2的正方形,但是正方形区域中有3个单元格为1,因此这条对角线不能获奖。
所以,对于撇对角线而言,其最大长度只能是1,如下:

然后取两者中的较大值,因此元格[2][3]最多可获得的奖品数为3。
看到这里,你是不是已经有点思路了?
沿着一个方向搜索,直到不满足条件为止,这不就是DFS算法吗。
DFS是指深度优先搜索,其核心思想是尽可能搜索某一个分支,直到这个分支到达最深处时才返回。
还是以单元格grid[2][3]为例,在计算捺对角线上的时候,一直向右下方搜索,直到到达边缘或者单元格是0为止。

当然,还需要考虑一个条件,就是每向右下方走一格,都需要判断由该对角线构成的正方形区域中的1是否都在对角线上,如果满足就继续搜索,否则就返回。
再来看看撇的情况,如图:

同理,只需要向左下方不断搜索即可,如果左下方的单元格不为1,停止搜索,如果到达边缘了,停止搜索,如果所构成的正方形中的1不都在对角线上,停止搜索。
为了方便,我们可以定义两个dfs函数,分别沿着两个方向进行搜索,计算其最大的奖品数量。
在dfs函数中,还需要计算对角线所构成的正方形区域中1的个数,也可以使用自定义函数来计算。

思路有了,接下来,我们就进入具体的编程实现环节

03
编程实现 
根据上面的思路分析,我们分两步来编写程序:
  • 自定义函数

  • 遍历矩阵计算最大值

1. 自定义函数

根据前面的思路分析,我们需要定义3个函数。

a. 计算并判断正方形区域中1的数量

自定义函数如下:

简单说明4点:

1). grid是输入的二维列表,x和y是指正方形对角线的起点,i和j是正方形对角线的终点;

2). 通过i和x来计算正方形的长度;

3). 对于一个正方形区域而言,要取k行k列数据,计算1的个数,grid本身是一个二维列表,只需要计算列的起点和终点,运用切片运算就可以,但是由于存在撇和捺两条对角线,因此需要计算好列起点start和列终点end的值。

4). k是正方形的长度,如果整个正方形区域1的和等于k,说明满足条件,可以获得奖品,返回True,否则返回false。

b. 捺对角线DFS函数

c. 撇对角线DFS函数

代码基本上差不多,强调两点:

1). 在进行DFS搜索时,有3个条件需要判断,一是越界,二是单元格的值不为0,三是所构成的正方形区域中1都在对角线上;

2). 注意这里x,y和i,j的作用和区别,i和j主要用于dfs搜索,而x和y则在计算正方形区域中1的数量时必不可少。

2 遍历矩阵计算最大值

有了上面的3个函数,接下来就好办了,先获取输入的数据,再遍历二维列表,计算并更新最大奖品数即可,具体代码如下:

代码不多,说明3点:

1). 首先需要获取用户输入的数据,将二维列表数据保存到grid中;

2). 对于每个单元格而言,其起点就是i和j,因此需要使用将它们的值分别赋值给x和y;

3). 对于每个单元格,都存在撇和捺两种情况,取二者中的较大值,并不断更新即可。

至此,整个程序就全部完成了,你可以输入不同的数据来测试效果啦。
04
总结与思考 
本题代码在36行左右,涉及到的知识点包括:
  • 循环语句;

  • 条件语句;

  • 二维列表;

  • 自定义函数;

  • DFS算法;

作为本次测评中高级最后一题,本题分值为100分,代码量较多,难度较大。关键点有两个,一是深入理解题目的意思,找到问题的规律和特点,是通过自定义函数来简化代码。

二维列表是编程中常见的数据结构,对二维列表的遍历是学习编程的基本功,除了最简单的横向遍历和纵向遍历之外,还包括斜线遍历和螺旋遍历等,一定要多加练习,做到灵活运用。

超平老师给你留一道思考题,本题可以使用动态规划来实现吗,如果可以的话,代码该如何编写呢?

你还有什么好的想法和创意吗,也非常欢迎和超平老师分享探讨。

如果你觉得文章对你有帮助,别忘了点赞和转发,予人玫瑰,手有余香😄

需要源码的,可以添加本人微信

另外,超平老师创建了一个蓝桥杯备考交流群,这是专门为老师和家长打造的免费社群,您可以与来自全国各地的老师、家长共同交流经验,分享学习心得。

超平老师也会给大家带来及时的赛事动态,备考攻略,真题资源分享,帮助各位更好备考第15届蓝桥杯赛事,力争取得优异的成绩。

扫码或长按加入微信群

超平的编程课
青少儿编程教育专家,中国人民大学硕士,大学讲师,曾任知名上市机构金牌讲师,16年编程教研经验。大耳猴少儿编程联合创始人,致力于通过编程教育提升孩子的逻辑思维、数学思维和计算思维,迎接AI时代。
 最新文章