2025-06-23：破解锁的最少时间Ⅰ。用go语言，Bob 被困在一个地窖，必须解开 n 把锁才能逃出。每把锁需要一定的能量才能打开，这些能量值存储在数组 strength 中，其中 strength[i] 表示第 i 把锁所需的能量。

Bob 拥有一把特殊的剑，剑的状态和解锁规则如下：

• 初始时，剑的能量为 0，且剑的能量增加速率（记为 X）为 1。

• 每一分钟，剑的能量会增加当前的速率 X。

• 要打开第 i 把锁时，剑的能量必须达到或超过 strength[i]。

• 解锁后，剑的能量会重置为 0，并且 X 立即增加一个固定值 K。

现在需要计算 Bob 打开所有锁所需的最短时间（分钟数），并返回这个最少时间。

n == strength.length。

1 <= n <= 8。

1 <= K <= 10。

1 <= strength[i] <= 1000000。

输入：strength = [3,4,1], K = 1。

输出：4。

解释：

无法用少于 4 分钟打开所有的锁，所以答案为 4 。

题目来自力扣3376。

解题思路

这是一个排列和调度问题，需要找到解锁顺序的最优排列，使得总时间最短。由于 n 很小（≤8），可以尝试所有可能的解锁顺序（排列），计算每种顺序的总时间，然后取最小值。

步骤：

1. 生成所有排列：生成 strength 数组的所有排列，表示解锁的顺序。
2. 计算每种排列的总时间：
   • 初始化：时间 t=0，能量 e=0，速率 X=1。
   • 对于排列中的每一把锁：
     • 计算需要多少时间才能让 e ≥ strength[i]：
       • 设当前时间为 t，能量为 e，速率为 X。
       • 需要满足 e + X * dt ≥ strength[i]，其中 dt 是等待时间。
       • 解不等式得 dt ≥ ceil((strength[i] - e) / X)，如果 e ≥ strength[i]，则 dt=0。
     • 更新总时间：t += dt + 1（dt 是等待时间，+1 是解锁操作的时间）。
     • 更新能量和速率：e=0，X += K。
3. 记录最小总时间：在所有排列中，选择总时间的最小值。

代码中的方法

代码使用了最小费用最大流（MCMF）来解决这个问题：

1. 建图：
   • 源点 S 和汇点 T。
   • 左边是锁（n 个节点），右边是解锁顺序的位置（n 个节点）。
   • 边：锁 i 作为第 j 个解锁时，费用是解锁时间 ceil(strength[i] / (1 + K*j))。
   • 源点到锁的边容量=1，费用=0。
   • 顺序位置到汇点的边容量=1，费用=0。
2. MCMF：
   • 通过 SPFA 找增广路，计算最小费用。
   • 费用总和即为最小总时间。

复杂度

• 时间复杂度：
  • 排列数：O(n!) = O(8!) = 40320。
  • 每种排列的计算：O(n) = O(8)。
  • 总时间：O(n! * n) = O(40320 * 8) = O(322560)。
  • 代码中 MCMF 的复杂度：O(n^3) 或更高，但 n=8 时可行。
• 空间复杂度：
  • 存储排列：O(n!)。
  • 其他：O(n)。
  • 总空间：O(n! + n)。

最终答案

• 最少时间：4。
• 时间复杂度：O(n! * n) 或 O(n^3)（取决于方法）。
• 空间复杂度：O(n! + n)。

Go完整代码如下：

.

package main

import (
	"fmt"
	"math"
)

func findMinimumTime(strength []int, k int) int {
	n := len(strength)
	S := n * 2
	T := S + 1

	// rid 为反向边在邻接表中的下标
	type neighbor struct{ to, rid, cap, cost int }
	g := make([][]neighbor, T+1)
	addEdge := func(from, to, cap, cost int) {
		g[from] = append(g[from], neighbor{to, len(g[to]), cap, cost})
		g[to] = append(g[to], neighbor{from, len(g[from]) - 1, 0, -cost})
	}
	for i, s := range strength {
		// 枚举这个锁是第几次开的
		for j := range n {
			x := 1 + k*j
			addEdge(i, n+j, 1, (s-1)/x+1)
		}
		addEdge(S, i, 1, 0)
	}
	for i := n; i < n*2; i++ {
		addEdge(i, T, 1, 0)
	}

	// 下面是最小费用最大流模板
	dis := make([]int, len(g))
	type vi struct{ v, i int }
	fa := make([]vi, len(g))
	inQ := make([]bool, len(g))
	spfa := func() bool {
		for i := range dis {
			dis[i] = math.MaxInt
		}
		dis[S] = 0
		inQ[S] = true
		q := []int{S}
		for len(q) > 0 {
			v := q[0]
			q = q[1:]
			inQ[v] = false
			for i, e := range g[v] {
				if e.cap == 0 {
					continue
				}
				w := e.to
				newD := dis[v] + e.cost
				if newD < dis[w] {
					dis[w] = newD
					fa[w] = vi{v, i}
					if !inQ[w] {
						inQ[w] = true
						q = append(q, w)
					}
				}
			}
		}
		// 循环结束后所有 inQ[v] 都为 false，无需重置
		return dis[T] < math.MaxInt
	}

	minCost := 0
	for spfa() {
		// 沿 st-end 的最短路尽量增广
		// 特别地，如果建图时所有边的容量都设为 1，那么 minF 必然为 1，下面第一个 for 循环可以省略
		minF := math.MaxInt
		for v := T; v != S; {
			p := fa[v]
			minF = min(minF, g[p.v][p.i].cap)
			v = p.v
		}
		for v := T; v != S; {
			p := fa[v]
			e := &g[p.v][p.i]
			e.cap -= minF
			g[v][e.rid].cap += minF
			v = p.v
		}
		minCost += dis[T] * minF
	}
	return minCost
}

func main() {
	strength := []int{3, 4, 1}
	K := 1
	fmt.Println(findMinimumTime(strength, K))
}

Python完整代码如下：

.

# -*-coding:utf-8-*-

from collections import deque
import math

def find_minimum_time(strength, K):
    n = len(strength)
    S = n * 2
    T = S + 1

    # 邻接表中每条边用字典表示
    # neighbor: to, rid (反向边下标), cap, cost
    g = [[] for _ in range(T + 1)]

    def add_edge(frm, to, cap, cost):
        g[frm].append({'to': to, 'rid': len(g[to]), 'cap': cap, 'cost': cost})
        g[to].append({'to': frm, 'rid': len(g[frm]) - 1, 'cap': 0, 'cost': -cost})

    for i, s in enumerate(strength):
        # 枚举这个锁是第几次开的
        for j in range(n):
            x = 1 + K * j
            # 计算开锁需要的时间 (向上取整用 (s-1)//x + 1)
            cost = (s - 1) // x + 1
            add_edge(i, n + j, 1, cost)
        add_edge(S, i, 1, 0)

    for i in range(n, n * 2):
        add_edge(i, T, 1, 0)

    dis = [math.inf] * (T + 1)
    fa = [None] * (T + 1)  # 存父节点 (v, i)
    in_q = [False] * (T + 1)

    def spfa():
        nonlocal dis, fa, in_q
        for i in range(len(dis)):
            dis[i] = math.inf
            fa[i] = None
            in_q[i] = False

        dis[S] = 0
        q = deque([S])
        in_q[S] = True

        while q:
            v = q.popleft()
            in_q[v] = False
            for i, e in enumerate(g[v]):
                if e['cap'] == 0:
                    continue
                w = e['to']
                new_dist = dis[v] + e['cost']
                if new_dist < dis[w]:
                    dis[w] = new_dist
                    fa[w] = (v, i)
                    if not in_q[w]:
                        in_q[w] = True
                        q.append(w)
        return dis[T] < math.inf

    min_cost = 0
    while spfa():
        # 找到增广路径的最小容量
        min_f = math.inf
        v = T
        while v != S:
            pv, pi = fa[v]
            min_f = min(min_f, g[pv][pi]['cap'])
            v = pv

        # 沿路径更新容量
        v = T
        while v != S:
            pv, pi = fa[v]
            g[pv][pi]['cap'] -= min_f
            rid = g[pv][pi]['rid']
            g[v][rid]['cap'] += min_f
            v = pv

        min_cost += dis[T] * min_f

    return min_cost


if __name__ == "__main__":
    strength = [3, 4, 1]
    K = 1
    print(find_minimum_time(strength, K))