c++ - 如何避免此代码中的堆栈溢出，(递归函数)

Question

我正在尝试解决编程竞赛问题。我在这个部门几乎是个菜鸟(我想我有很多东西要学)。我试图解决这个问题，其中包括读取二维数组 (n x m) 并找出其中的 Blob 。 Blob 由连续发光的像素(用 # 表示)形成。不亮像素(由 . 表示)。我试图通过使用递归方法 Blob::form() 来查找 blob。示例输入可能如下所示

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6 6
#...#.
.#.#.#
##..#.
......
.#.#.#
#...#.

我很快想到了解决方案。而且并不多。但一如既往，它在最坏的情况下失败 n = m = 1000 并且所有字符都是 #。这个的 1000 x 1000 版本:

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我假设的问题是堆栈溢出。我发现程序在形成 blob 时崩溃了。

#include <iostream>
#include <string>
#include <sstream>
#include <vector>
#include <algorithm>

using namespace std;
int pat[1000][1000],n,m;
char a[1000][1000];

struct point
{
    int x,y;
};

bool inBounds(point p)
{
    if(p.x < n && p.x >=0 && p.y < m && p.y >= 0) return true;
    else return false;
}
bool isAblob(int i,int j)
{
    point p[8];
    p[0].x = i-1; p[0].y =  j;
    p[1].x = i+1; p[1].y =  j;
    p[2].x = i+1; p[2].y =  j+1;
    p[3].x = i-1; p[3].y =  j-1;
    p[4].x = i-1; p[4].y =  j+1;
    p[5].x = i+1; p[5].y =  j-1;
    p[6].x = i; p[6].y =  j-1;
    p[7].x = i; p[7].y =  j+1;

    for(int k=0;k<8;k++)
    {
        if(inBounds(p[k]))
        {
            if(a[p[k].x][p[k].y] == '#') return true;
        }
    }
    return false;
}


class Blob
{
public:
    long long int pow;

    Blob(int i, int j)
    {
        this->pow = 0;
        point po;
        po.x=i;
        po.y=j;
        this->form(&po);
    }

    int getPow()
    {
        return this->pow;
    }

    void form ( point *p)
    {
        if(inBounds(*p))
        {
            if(a[p->x][p->y] == '#' && !pat[p->x][p->y])
            {
                a[p->x][p->y] = 1;
                this->pow++;
                point *e = new point;
                e->x = p->x-1; e->y =  p->y;if(pat[e->x][e->y] == 0)form(e);
                e->x = p->x+1; e->y =  p->y;if(pat[e->x][e->y] == 0)form(e);
                e->x = p->x+1; e->y =  p->y+1;if(pat[e->x][e->y] == 0)form(e);
                e->x = p->x-1; e->y =  p->y-1;if(pat[e->x][e->y] == 0)form(e);
                e->x = p->x-1; e->y =  p->y+1;if(pat[e->x][e->y] == 0)form(e);
                e->x = p->x+1; e->y =  p->y-1;if(pat[e->x][e->y] == 0)form(e);
                e->x = p->x; e->y =  p->y-1;if(pat[e->x][e->y] == 0)form(e);
                e->x = p->x; e->y =  p->y+1;
                if(pat[e->x][e->y] == 0)form(e);
            }
        }
        return;
    }
};

int main()
{
    int t;

    cin >> t;
    for (int q = 0; q < t; q++)
    {
        cin >> n >> m;
        int bnum = 0;
        Blob *b[(n*m)/2];
        vector <int> pows;
        cin.get();
        for(int i=0;i<n;i++)
        {
            for(int j = 0; j<m;j++)
            {
                a[i][j] = cin.get();
                pat[i][j] = 0;
            }
            cin.get();
        }


        for(int i=0;i<n;i++)
        {
            for(int j = 0; j<m;j++)
            {
                if(a[i][j] == '#' && pat[i][j] == 0)
                {
                    if(isAblob(i,j))
                    {
                        bnum++;
                        b[bnum] = new Blob(i,j);
                        pows.push_back(b[bnum]->getPow());
                    }
                    else continue;
                }
                else continue;
            }
        }
        sort(pows.begin(),pows.end());
        cout << endl << bnum;

        for(int i=1;i<=bnum;i++)
        {
            if(i==1) cout << endl;
            if(i!=1) cout << " ";
            cout << pows[i-1];
        }
    }
}

我确定我的代码有问题且效率低下。我想知道是否有人可以告诉我将来如何避免这些问题。更好的实现也很有帮助。但我正在寻找的是避免将来发生堆栈溢出的技巧。

Answer 1

在不改变程序逻辑的情况下避免递归的一种简单方法是直接使用堆栈数据结构，而不是通过调用堆栈。

这是使用 std::stack 的 Blob 类的修改版本在你的表单函数中:

class Blob
{
public:
    long long int pow;

    Blob(int i, int j)
    {
        this->pow = 0;
        point po;
        po.x=i;
        po.y=j;
        this->form(po);
    }

    int getPow()
    {
        return this->pow;
    }

    void form (point p)
    {
        std::stack<point> s;
        s.push(p);

        while (!s.empty())
        {
            p=s.top();
            s.pop();

            if (!inBounds(p))
                continue;

            if(a[p.x][p.y] == '#' && !pat[p.x][p.y])
            {
                a[p.x][p.y] = 1;
                this->pow++;
                point e;
                e.x = p.x-1;    e.y =  p.y;     if(pat[e.x][e.y] == 0)s.push(e);
                e.x = p.x+1;    e.y =  p.y;     if(pat[e.x][e.y] == 0)s.push(e);
                e.x = p.x+1;    e.y =  p.y+1;   if(pat[e.x][e.y] == 0)s.push(e);
                e.x = p.x-1;    e.y =  p.y-1;   if(pat[e.x][e.y] == 0)s.push(e);
                e.x = p.x-1;    e.y =  p.y+1;   if(pat[e.x][e.y] == 0)s.push(e);
                e.x = p.x+1;    e.y =  p.y-1;   if(pat[e.x][e.y] == 0)s.push(e);
                e.x = p.x;      e.y =  p.y-1;   if(pat[e.x][e.y] == 0)s.push(e);
                e.x = p.x;      e.y =  p.y+1;   if(pat[e.x][e.y] == 0)s.push(e);
            }

        }
    }
};

请注意，这也会修复您的内存泄漏。

一般来说，您要解决的问题似乎是寻找具有方形邻域的“连通分量”。通常，您会使用 disjoint-set data-structure解决这个问题，不需要堆栈或递归。有了它，您只需扫描一次该字段，就可以得到所有连接组件的大小，而不仅仅是检查 blob 的组件。