[BOJ] 7569 : 토마토(Java)

문제

철수의 토마토 농장에서는 토마토를 보관하는 큰 창고를 가지고 있다. 토마토는 아래의 그림과 같이 격자모양 상자의 칸에 하나씩 넣은 다음, 상자들을 수직으로 쌓아 올려서 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 토마토에 인접한 곳은 위, 아래, 왼쪽, 오른쪽, 앞, 뒤 여섯 방향에 있는 토마토를 의미한다. 대각선 방향에 있는 토마토들에게는 영향을 주지 못하며, 토마토가 혼자 저절로 익는 경우는 없다고 가정한다. 철수는 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, N과 쌓아 올려지는 상자의 수를 나타내는 H가 주어진다. M은 상자의 가로 칸의 수, N은 상자의 세로 칸의 수를 나타낸다. 단, 2 ≤ M ≤ 100, 2 ≤ N ≤ 100, 1 ≤ H ≤ 100이다. 둘째 줄부터는 가장 밑의 상자부터 가장 위의 상자까지에 저장된 토마토들의 정보가 주어진다. 즉, 둘째 줄부터 N개의 줄에는 하나의 상자에 담긴 토마토의 정보가 주어진다. 각 줄에는 상자 가로줄에 들어있는 토마토들의 상태가 M개의 정수로 주어진다. 정수 1은 익은 토마토, 정수 0 은 익지 않은 토마토, 정수 -1은 토마토가 들어있지 않은 칸을 나타낸다. 이러한 N개의 줄이 H번 반복하여 주어진다.

토마토가 하나 이상 있는 경우만 입력으로 주어진다.

출력

여러분은 토마토가 모두 익을 때까지 최소 며칠이 걸리는지를 계산해서 출력해야 한다. 만약, 저장될 때부터 모든 토마토가 익어있는 상태이면 0을 출력해야 하고, 토마토가 모두 익지는 못하는 상황이면 -1을 출력해야 한다..

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 처음에는 3차원이 아닌 $[N*H][M]&크기의 2차원 행렬로 접근해 그래프의 정보를 저장했다. 그리고 prev_graph를 생성해 이전 그래프를 복사하여 매 차례 두 그래프 prev_graph와 graph를 비교해, 만약 둘이 같다면 변화가 없었던 것이므로 이를 종료 조건으로 사용하였다. 하지만 이렇게 실행했을 때 모든 테스트 케이스는 통과하였지만, 시간 초과가 발생했다... 혹시나 하여 3차원으로 수정하고 시도해봤지만 결과는 시간 초과로 같았다. 모든 배열을 값을 확인하기 때문에 발생한 문제로 보였다. 따라서, 다른 방법을 생각해야 했다. 

💡풀이

 토마토는 인접한 토마토를 익게 만들고. 모든 배열을 확인하지 않고 익어있는 토마토들만을 확인하기 위해 BFS를 이용했다. 가로, 세로, 높이의 값을 담고 있는 $Tomato$ 클래스를 하나 만들고 이를 타입으로 이용하는 큐(Queue)를 만들었다. 처음에 $graph$에 주어진 값을 입력할 때, 만약 익어있는 토마토라면(값이 1이라면) Queue에 넣어준다. 이때, $graph$와 크기가 같은 3차원 배열 $day$를 하나 만들었다. BFS에서 최단 거리를 구하는 알고리즘에서 $distance$와 같은 역할을 한다. 최종적으로 그래프가 그려졌을 때, 이 $day$의 값이 가장 큰 것이 우리가 구하고자 하는 값(며칠이 걸렸는지)일 것이다. 

만약, 최종적으로 그려진 그래프의 값들 중에서 0이 발견된다면, 익지 못하고 남은 토마토가 존재하는 것이므로 -1을 출력하면 된다. 

전체 코드는 아래와 같다.

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.*;

class Tomato{
    int height, row, col;

    Tomato(int z, int x, int y){
        this.height = z;
        this.row = x;
        this.col = y;
    }
}

public class Main {

    public static int M,N,H;
    public static int[][][] graph;
    public static int[][][] day;
    public static Queue<Tomato> queue = new LinkedList<>();
    public static int[] dx = {-1,1,0,0,0,0}, dy = {0,0,-1,1,0,0}, dz = {0,0,0,0,-1,1};

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        StringTokenizer st;

        String str = br.readLine();
        st = new StringTokenizer(str, " ");
        M = Integer.parseInt(st.nextToken());
        N = Integer.parseInt(st.nextToken());
        H = Integer.parseInt(st.nextToken());

        graph = new int[H][N][M];
        day = new int[H][N][M];
        for(int[][] temp:day) for(int[] temp2:temp) Arrays.fill(temp2, -1);
        for(int i=0;i<H;++i){ //그래프 초기화
            for(int j=0;j<N;++j){
                String str2 = br.readLine();
                st = new StringTokenizer(str2, " ");
                for(int k=0;k<M;++k){
                    graph[i][j][k] = Integer.parseInt(st.nextToken());
                    //토마토가 익어있다면, 큐에 넣고 해당하는 day를 0으로 설정
                    if(graph[i][j][k] == 1) { 
                        queue.add(new Tomato(i, j, k));
                        day[i][j][k] = 0;
                    }
                }
            }
        }

        makeTomato();

        int result = 0;
        for(int i=0;i<H;++i){
            for(int j=0;j<N;++j){
                for(int k=0;k<M;++k){
                   if(graph[i][j][k] == 0){
                       result = -1;
                       System.out.println(result);
                       return;
                   }
                   result = Math.max(result, day[i][j][k]);
                }
            }
        }

        System.out.println(result);
    }

    public static void makeTomato(){
        while(!queue.isEmpty()){
            Tomato t = queue.poll();
            int height = t.height, row = t.row, col = t.col;

            for(int i=0;i<6;++i){
                int nz = height + dz[i], nx = row + dx[i], ny = col + dy[i];
                
		//nz,nx,ny가 범위 안에 있고, 해당 graph가 익지 않았으며
                //day가 -1이라는 것은 방문된 적이 없다는 것을 의미한다.
                if(nz>=0 && nz<H && nx>=0 && nx<N && ny>=0 && ny<M && graph[nz][nx][ny]==0 && day[nz][nx][ny]==-1){
                    graph[nz][nx][ny] = 1;
                    //인접한 토마토이기 때문에, +1로 1일 추가
                    day[nz][nx][ny] = day[height][row][col] + 1;
                    queue.add(new Tomato(nz, nx, ny));
                }
            }
        }
    }
}