토마토(BFS 활용)

설명

현수의 토마토 농장에서는 토마토를 보관하는 큰 창고를 가지고 있다.

토마토는 아래의 그림과 같이 격자 모양 상자의 칸에 하나씩 넣어서 창고에 보관한다.

창고에 보관되는 토마토들 중에는 잘 익은 것도 있지만, 아직 익지 않은 토마토들도 있을 수 있다. 보관 후 하루가 지나면,

익은 토마토들의 인접한 곳에 있는 익지 않은 토마토들은 익은 토마토의 영향을 받아 익게 된다.

하나의 토마토의 인접한 곳은 왼쪽, 오른쪽, 앞, 뒤 네 방향에 있는 토마토를 의미한다. 대각선 방향에 있는 토마토들에게는 영향을 주지 못하며, 토마토가 혼자 저절로 익는 경우는 없다고 가정한다. 현수는 창고에 보관된 토마토들이 며칠이 지나면 다 익게 되는지, 그 최소 일수를 알고 싶어 한다.

토마토를 창고에 보관하는 격자모양의 상자들의 크기와 익은 토마토들과 익지 않은 토마토들의 정보가 주어졌을 때,

며칠이 지나면 토마토들이 모두 익는지, 그 최소 일수를 구하는 프로그램을 작성하라. 단, 상자의 일부 칸에는 토마토가 들어있지 않을 수도 있다.

 

입력

첫 줄에는 상자의 크기를 나타내는 두 정수 M, N이 주어진다. M은 상자의 가로 칸의 수,

N 은 상자의 세로 칸의 수를 나타낸다. 단, 2 ≤ M, N ≤ 1,000 이다.

둘째 줄부터는 하나의 상자에 저장된 토마토들의 정보가 주어진다.

즉, 둘째 줄부터 N개의 줄에는 상자에 담긴 토마토의 정보가 주어진다.

하나의 줄에는 상자 가로줄에 들어있는 토마토의 상태가 M개의 정수로 주어진다.

정수 1은 익은 토마토, 정수 0은 익지 않은 토마토, 정수 -1은 토마토가 들어있지 않은 칸을 나타낸다.

 

출력

여러분은 토마토가 모두 익을 때까지의 최소 날짜를 출력해야 한다.

만약, 저장될 때부터 모든 토마토가 익어있는 상태이면 0을 출력해야 하고,

토마토가 모두 익지는 못하는 상황이면 -1을 출력해야 한다.

 

예시 입력 1 

6 4
0 0 -1 0 0 0
0 0 1 0 -1 0
0 0 -1 0 0 0
0 0 0 0 -1 1

 

예시 출력 1

4

 

 

문제 해결

 

토마토가 모두 익는 데 걸리는 최소 일수를 계산하는 문제로 BFS 로 접근하면 된다.

static int M,N;
static int[][] box;
static int[] dx = {-1, 1 ,0 ,0}; //x좌표 이동
static int[] dy = {0, 0, -1, 1}; //y좌표 이동
static boolean[][] visited;

• 상자의 가로 칸의 수 M과 세로 칸 수 N 을 선언하고
• 2차원 배열을 담을 box도 전역으로 선언해준다.
• 상하좌우로 이동하는 이동 방향을 나타내는 배열인 dx, dy도 선언해준다.
• 방문여부를 저장할 visited 배열 또한 2차원 배열로 선언해준다

 

public static void main(String[] args) {
    Scanner in = new Scanner(System.in);
    M = in.nextInt();
    N = in.nextInt();

    box = new int[N][M];
    visited = new boolean[N][M];

    for(int i = 0; i < N; i++) {
        for(int j = 0; j < M; j++) {
            box[i][j] = in.nextInt();
        }
    }

    int result = BFS();
    System.out.println(result);
}

• 상자의 가로 칸의 수 M과 세로 칸 수 N 을 입력받고 box 배열에 각각 값들을 입력받아 토마토의 상태를 저장한다.
• BFS를 호출해 결과를 출력한다.

 

public static int BFS() {
    Queue<int[]> queue = new LinkedList<>();
    int days = -1;

    // 익은 토마토 위치 => 큐에 추가
    for (int i = 0; i < N; i++) {
        for (int j = 0; j < M; j++) {
            if (box[i][j] == 1) {
                queue.add(new int[]{i, j});
                visited[i][j] = true;
            }
        }
    }

• 큐에 저장할 때 각 토마토의 위치를 저장해야 하므로, int[] 배열을 사용하고
• days 변수를 -1로 초기화한다 ==> BFS를 한 번도 수행하지 않은 상태
• box 배열을 돌면서 익은 토마토의 위치들을 큐에 추가하고 visited 배열에 방문 표시한다.

 

// BFS 수행
while (!queue.isEmpty()) {
    int size = queue.size();
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        int[] point = queue.poll();
        int x = point[0];
        int y = point[1];

        for (int j = 0; j < 4; j++) {
            int nx = x + dx[j];
            int ny = y + dy[j];

            if (nx >= 0 && ny >= 0 && nx < N && ny < M && !visited[nx][ny] && box[nx][ny] == 0) {
                visited[nx][ny] = true;
                box[nx][ny] = 1;
                queue.add(new int[]{nx, ny});
            }
        }
    }
    days++;
}

• queue가 비어있지 않은 동안 반복해주는데, 매 반복마다 현재 큐의 크기만큼 순회해주면 된다.
• 큐에서 하나의 토마토 위치를 꺼내고 상하좌우로 이동하며 새로운 x,y좌표를 얻는다.
• 그 새 좌표가 유효한 범위 내에 있는 익지 않은 토마토를 1로 처리하고 (==> 익게 함), visited 배열에 방문 표시를 한 후, 큐에 추가한다.
• 하루가 지나면 days 변수를 증가시키면 된다

 

// 모든 토마토가 익었는지 확인
    for (int i = 0; i < N; i++) {
        for (int j = 0; j < M; j++) {
            if (box[i][j] == 0) {
                return -1;
            }
        }
    }

    return days;
}

• BFS가 완료된 후, box 배열을 다시 순회하여 익지 않은 토마토가 남았는지 확인하고 있다면 -1을 반환, 모두 익었으면 days를 반환한다.

 

최종 코드

 

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
import java.util.Scanner;

public class P12_토마토_BFS활용 {
    static int M,N;
    static int[][] box;
    static int[] dx = {-1, 1 ,0 ,0}; //x좌표 이동
    static int[] dy = {0, 0, -1, 1}; //y좌표 이동
    static boolean[][] visited;

    public static void main(String[] args) {
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        M = in.nextInt();
        N = in.nextInt();

        box = new int[N][M];
        visited = new boolean[N][M];

        for(int i = 0; i < N; i++) {
            for(int j = 0; j < M; j++) {
                box[i][j] = in.nextInt();
            }
        }

        int result = BFS();
        System.out.println(result);
    }

    public static int BFS() {
        Queue<int[]> queue = new LinkedList<>();
        int days = -1;

        // 익은 토마토 위치 => 큐에 추가
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            for (int j = 0; j < M; j++) {
                if (box[i][j] == 1) {
                    queue.add(new int[]{i, j});
                    visited[i][j] = true;
                }
            }
        }


        while (!queue.isEmpty()) {
            int size = queue.size();
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                int[] point = queue.poll();
                int x = point[0];
                int y = point[1];

                for (int j = 0; j < 4; j++) {
                    int nx = x + dx[j];
                    int ny = y + dy[j];

                    if (nx >= 0 && ny >= 0 && nx < N && ny < M && !visited[nx][ny] && box[nx][ny] == 0) {
                        visited[nx][ny] = true;
                        box[nx][ny] = 1;
                        queue.add(new int[]{nx, ny});
                    }
                }
            }
            days++;
        }

        // 모든 토마토가 익었는지 확인
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            for (int j = 0; j < M; j++) {
                if (box[i][j] == 0) {
                    return -1;
                }
            }
        }

        return days;
    }
}