[Java] 백준 17142번 : 연구소 3

문제

인체에 치명적인 바이러스를 연구하던 연구소에 승원이가 침입했고, 바이러스를 유출하려고 한다. 바이러스는 활성 상태와 비활성 상태가 있다. 가장 처음에 모든 바이러스는 비활성 상태이고, 활성 상태인 바이러스는 상하좌우로 인접한 모든 빈 칸으로 동시에 복제되며, 1초가 걸린다. 승원이는 연구소의 바이러스 M개를 활성 상태로 변경하려고 한다.

연구소는 크기가 N×N인 정사각형으로 나타낼 수 있으며, 정사각형은 1×1 크기의 정사각형으로 나누어져 있다. 연구소는 빈 칸, 벽, 바이러스로 이루어져 있으며, 벽은 칸 하나를 가득 차지한다. 활성 바이러스가 비활성 바이러스가 있는 칸으로 가면 비활성 바이러스가 활성으로 변한다.

예를 들어, 아래와 같이 연구소가 생긴 경우를 살펴보자. 0은 빈 칸, 1은 벽, 2는 바이러스의 위치이다.

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

M = 3이고, 바이러스를 아래와 같이 활성 상태로 변경한 경우 6초면 모든 칸에 바이러스를 퍼뜨릴 수 있다. 벽은 -, 비활성 바이러스는 *, 활성 바이러스는 0, 빈 칸은 바이러스가 퍼지는 시간으로 표시했다.

* 6 5 4 - - 2
5 6 - 3 - 0 1
4 - - 2 - 1 2
3 - 2 1 2 2 3
2 2 1 0 1 - -
1 - 2 1 2 3 4
0 - 3 2 3 4 *

시간이 최소가 되는 방법은 아래와 같고, 4초만에 모든 칸에 바이러스를 퍼뜨릴 수 있다.

0 1 2 3 - - 2
1 2 - 3 - 0 1
2 - - 2 - 1 2
3 - 2 1 2 2 3
3 2 1 0 1 - -
4 - 2 1 2 3 4
* - 3 2 3 4 *

연구소의 상태가 주어졌을 때, 모든 빈 칸에 바이러스를 퍼뜨리는 최소 시간을 구해보자.

입력

첫째 줄에 연구소의 크기 N(4 ≤ N ≤ 50), 놓을 수 있는 바이러스의 개수 M(1 ≤ M ≤ 10)이 주어진다.

둘째 줄부터 N개의 줄에 연구소의 상태가 주어진다. 0은 빈 칸, 1은 벽, 2는 바이러스를 놓을 수 있는 위치이다. 2의 개수는 M보다 크거나 같고, 10보다 작거나 같은 자연수이다.

출력

연구소의 모든 빈 칸에 바이러스가 있게 되는 최소 시간을 출력한다. 바이러스를 어떻게 놓아도 모든 빈 칸에 바이러스를 퍼뜨릴 수 없는 경우에는 -1을 출력한다.

예제 입력 1

7 3
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 2 0 1 1
0 1 0 0 0 0 0
2 1 0 0 0 0 2

예제 출력 1

4

예제 입력 2

7 3
2 0 2 0 1 1 0
0 0 1 0 1 2 0
0 1 1 2 1 0 0
2 1 0 0 0 0 2
0 0 0 2 0 1 1
0 1 0 0 0 0 0
2 1 0 0 2 0 2

예제 출력 2

4

예제 입력 3

7 4
2 0 2 0 1 1 0
0 0 1 0 1 2 0
0 1 1 2 1 0 0
2 1 0 0 0 0 2
0 0 0 2 0 1 1
0 1 0 0 0 0 0
2 1 0 0 2 0 2

예제 출력 3

4

예제 입력 4

7 5
2 0 2 0 1 1 0
0 0 1 0 1 2 0
0 1 1 2 1 0 0
2 1 0 0 0 0 2
0 0 0 2 0 1 1
0 1 0 0 0 0 0
2 1 0 0 2 0 2

예제 출력 4

3

예제 입력 5

7 3
2 0 2 0 1 1 0
0 0 1 0 1 0 0
0 1 1 1 1 0 0
2 1 0 0 0 0 2
1 0 0 0 0 1 1
0 1 0 0 0 0 0
2 1 0 0 2 0 2

예제 출력 5

7

예제 입력 6

7 2
2 0 2 0 1 1 0
0 0 1 0 1 0 0
0 1 1 1 1 0 0
2 1 0 0 0 0 2
1 0 0 0 0 1 1
0 1 0 0 0 0 0
2 1 0 0 2 0 2

예제 출력 6

-1

예제 입력 7

5 1
2 2 2 1 1
2 1 1 1 1
2 1 1 1 1
2 1 1 1 1
2 2 2 1 1

예제 출력 7

0

 

소스코드

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

public class Main {

	private static BufferedReader br;
	private static StringTokenizer st;
	
	private static int N, M, result;
	private static int [][]map;
	private static int []dx= {-1,1,0,0};
	private static int []dy= {0,0,-1,1};
	private static List<Virus> viruses;
	
	static class Virus {
		int r, c;

		public Virus(int r, int c) {
			super();
			this.r = r;
			this.c = c;
		}

		@Override
		public String toString() {
			return "Virus [r=" + r + ", c=" + c + "]";
		}
		
	}
	
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		br=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
		st=new StringTokenizer(br.readLine());
		N=Integer.parseInt(st.nextToken());
		M=Integer.parseInt(st.nextToken());
		map=new int[N][N];
		viruses=new ArrayList<>();
		
		for(int r=0;r<N;r++) {
			st=new StringTokenizer(br.readLine());
			for(int c=0;c<N;c++) {
				map[r][c]=Integer.parseInt(st.nextToken());
				if(map[r][c]==2) viruses.add(new Virus(r, c));	// 존재하는 바이러스들을 리스트에 저장
			}
		}
		
		result=Integer.MAX_VALUE;
		combination(M, new Virus[M], 0);	// M개의 바이러스를 활성화 함
		System.out.println(result==Integer.MAX_VALUE?-1:result);
	}

	private static void combination(int toChoose, Virus []choosed, int start) {	// 조합을 통해 활성화할 M개의 바이러스 찾기
		if(toChoose==0) {
			int [][]newMap=new int[N][N];
			copyMap(map, newMap);
			int cnt=bfs(choosed);	// 현재 조합에서 바이러스가 퍼졌을 경우 걸리는 시간
			if(!check()) {	// 빈 칸이 존재하는 경우 리턴
				copyMap(newMap, map);
				return;
			}
			copyMap(newMap, map);	// 다음 경우의 수를 확인하기 위해 맵을 다시 원래대로 복구
			result=Math.min(cnt, result);	// 바이러스를 퍼뜨리는 최소 시간 업데이트
			return;
		}
		
		for(int i=start;i<viruses.size();i++) {	// M개의 활성화 바이러스 조합 구하기
			choosed[choosed.length-toChoose]=viruses.get(i);
			combination(toChoose-1, choosed, i+1);
		}
	}
	
	private static void copyMap(int [][]map, int [][]newMap) {
		for(int i=0;i<N;i++) newMap[i]=map[i].clone();
	}
	
	private static boolean check() {	// 맵에 빈 칸이 존재하는지 확인
		for(int r=0;r<N;r++) {
			for(int c=0;c<N;c++) {
				if(map[r][c]==0) return false;
			}
		}
		return true;
	}
	
	private static int bfs(Virus []choosed) {	// bfs를 통해 바이러스 퍼뜨리기
		Queue<Virus> queue=new LinkedList<>();
		boolean [][]visited=new boolean[N][N];
		for(int i=0;i<choosed.length;i++) {
			Virus v=choosed[i];
			queue.add(v);
			visited[v.r][v.c]=true;
		}
		
		int depth=0;
		while(!check() && !queue.isEmpty()) {
			int size=queue.size();
			boolean have=false;
			while(size-->0) {
				Virus v=queue.poll();
				
				for(int d=0;d<4;d++) {
					int nx=v.r+dx[d];
					int ny=v.c+dy[d];
					
					if(isIn(nx, ny) && !visited[nx][ny] && map[nx][ny]!=1) {	// 벽이 아니면 활성화 바이러스 이동
						have=true;
						visited[nx][ny]=true;
						map[nx][ny]=2;
						queue.add(new Virus(nx, ny));
					}
				}
			}
			if(have) depth++;	// 퍼트릴 바이러스가 존재하면 시간 1 증가
		}
		return depth;
	}
	
	private static boolean isIn(int r, int c) {
		return r>=0 && r<N && c>=0 && c<N;
	}
}

1. 전체 바이러스 정보를 리스트에 저장해두고, 리스트의 바이러스 중 M개의 활성화 바이러스 조합을 구합니다.

2. 선택된 M개의 활성화 바이러스가 퍼졌을 때 연구소 전체에 바이러스가 퍼지는데 걸리는 시간을 구합니다. 이때 bfs를 이용하여 벽이 아니면 계속 이동합니다.

3. 이동이 끝난 후 연구소에 빈 칸이 존재하면 리턴하고, 빈 칸이 존재하지 않으면 최소 시간을 업데이트 합니다.

4. 최종적으로 결과값이 여전히 MAX_INTEGER이면 가능한 경우의 수가 존재하지 않는 것이므로 -1을 출력하고, 그렇지 않은 경우에는 결과값을 출력합니다.