DFS 算法秒杀五道岛屿问题

读完本文，可以去力扣解决如下题目：200.岛屿数量（中等）

1254.统计封闭岛屿的数目（中等）

1020.飞地的数量（中等）

1905.统计子岛屿（中等）

694.不同的岛屿数量（中等）

岛屿问题是经典的面试高频题，虽然基本的岛屿问题并不难，但是岛屿问题有一些有意思的扩展，比如求子岛屿数量，求形状不同的岛屿数量等等，本文就来把这些问题一网打尽。

岛屿系列问题的核心考点就是用 DFS/BFS 算法遍历二维数组。

本文主要来讲解如何用 DFS 算法来秒杀岛屿系列问题，不过用 BFS 算法的核心思路是完全一样的，无非就是把 DFS 改写成 BFS 而已。

那么如何在二维矩阵中使用 DFS 搜索呢？如果你把二维矩阵中的每一个位置看做一个节点，这个节点的上下左右四个位置就是相邻节点，那么整个矩阵就可以抽象成一幅网状的「图」结构。

根据学习数据结构和算法的框架思维，完全可以根据二叉树的遍历框架改写出二维矩阵的 DFS 代码框架：

// 二叉树遍历框架
void traverse(TreeNode root) {
    traverse(root.left);
    traverse(root.right);
}

// 二维矩阵遍历框架
void dfs(int[][] grid, int i, int j, boolean[] visited) {
    int m = grid.length, n = grid[0].length;
    if (i < 0 || j < 0 || i >= m || j >= n) {
        // 超出索引边界
        return;
    }
    if (visited[i][j]) {
        // 已遍历过 (i, j)
        return;
    }
    // 前序：进入节点 (i, j)
    visited[i][j] = true;
    dfs(grid, i - 1, j); // 上
    dfs(grid, i   1, j); // 下
    dfs(grid, i, j - 1); // 左
    dfs(grid, i, j   1); // 右
    // 后序：离开节点 (i, j)
    // visited[i][j] = true;
}
因为二维矩阵本质上是一幅「图」，所以遍历的过程中需要一个visited布尔数组防止走回头路，如果你能理解上面这段代码，那么搞定所有岛屿问题都很简单。

这里额外说一个处理二维数组的常用小技巧，你有时会看到使用「方向数组」来处理上下左右的遍历，和图遍历框架的代码很类似：

// 方向数组，分别代表上、下、左、右
int[][] dirs = new int[][]{{-1,0}, {1,0}, {0,-1}, {0,1}};

void dfs(int[][] grid, int i, int j, boolean[] visited) {
    int m = grid.length, n = grid[0].length;
    if (i < 0 || j < 0 || i >= m || j >= n) {
        // 超出索引边界
        return;
    }
    if (visited[i][j]) {
        // 已遍历过 (i, j)
        return;
    }

    // 进入节点 (i, j)
    visited[i][j] = true;
    // 递归遍历上下左右的节点
    for (int[] d : dirs) {
        int next_i = i   d[0];
        int next_j = j   d[1];
        dfs(grid, next_i, next_j);
    }
    // 离开节点 (i, j)
    // visited[i][j] = true;
}
这种写法无非就是用 for 循环处理上下左右的遍历罢了，你可以按照个人喜好选择写法。

岛屿数量

这是力扣第 200 题「岛屿数量」，最简单也是最经典的一道岛屿问题，题目会输入一个二维数组grid，其中只包含0或者1，0代表海水，1代表陆地，且假设该矩阵四周都是被海水包围着的。

我们说连成片的陆地形成岛屿，那么请你写一个算法，计算这个矩阵grid中岛屿的个数，函数签名如下：

int numIslands(char[][] grid);
比如说题目给你输入下面这个grid有四片岛屿，算法应该返回 4：

思路很简单，关键在于如何寻找并标记「岛屿」，这就要 DFS 算法发挥作用了，我们直接看解法代码：

// 主函数，计算岛屿数量
int numIslands(char[][] grid) {
    int res = 0;
    int m = grid.length, n = grid[0].length;
    // 遍历 grid
    for (int i = 0; i < m; i ) {
        for (int j = 0; j < n; j ) {
            if (grid[i][j] == '1') {
                // 每发现一个岛屿，岛屿数量加一
                res ;
                // 然后使用 DFS 将岛屿淹了
                dfs(grid, i, j);
            }
        }
    }
    return res;
}

// 从 (i, j) 开始，将与之相邻的陆地都变成海水
void dfs(char[][] grid, int i, int j) {
    int m = grid.length, n = grid[0].length;
    if (i < 0 || j < 0 || i >= m || j >= n) {
        // 超出索引边界
        return;
    }
    if (grid[i][j] == '0') {
        // 已经是海水了
        return;
    }
    // 将 (i, j) 变成海水
    grid[i][j] = '0';
    // 淹没上下左右的陆地
    dfs(grid, i   1, j);
    dfs(grid, i, j   1);
    dfs(grid, i - 1, j);
    dfs(grid, i, j - 1);
}
为什么每次遇到岛屿，都要用 DFS 算法把岛屿「淹了」呢？主要是为了省事，避免维护visited数组。

因为dfs函数遍历到值为0的位置会直接返回，所以只要把经过的位置都设置为0，就可以起到不走回头路的作用。

PS：这类 DFS 算法还有个别名叫做 FloodFill 算法，现在有没有觉得 FloodFill 这个名字还挺贴切的~

这个最最基本的岛屿问题就说到这，我们来看看后面的题目有什么花样。

封闭岛屿的数量

上一题说二维矩阵四周可以认为也是被海水包围的，所以靠边的陆地也算作岛屿。

力扣第 1254 题「统计封闭岛屿的数目」和上一题有两点不同：

1、用0表示陆地，用1表示海水。

2、让你计算「封闭岛屿」的数目。所谓「封闭岛屿」就是上下左右全部被1包围的0，也就是说靠边的陆地不算作「封闭岛屿」。

函数签名如下：

int closedIsland(int[][] grid)
比如题目给你输入如下这个二维矩阵：

算法返回 2，只有图中灰色部分的0是四周全都被海水包围着的「封闭岛屿」。

那么如何判断「封闭岛屿」呢？其实很简单，把上一题中那些靠边的岛屿排除掉，剩下的不就是「封闭岛屿」了吗？

有了这个思路，就可以直接看代码了，注意这题规定0表示陆地，用1表示海水：

// 主函数：计算封闭岛屿的数量
int closedIsland(int[][] grid) {
    int m = grid.length, n = grid[0].length;
    for (int j = 0; j < n; j ) {
        // 把靠上边的岛屿淹掉
        dfs(grid, 0, j);
        // 把靠下边的岛屿淹掉
        dfs(grid, m - 1, j);
    }
    for (int i = 0; i < m; i ) {
        // 把靠左边的岛屿淹掉
        dfs(grid, i, 0);
        // 把靠右边的岛屿淹掉
        dfs(grid, i, n - 1);
    }
    // 遍历 grid，剩下的岛屿都是封闭岛屿
    int res = 0;
    for (int i = 0; i < m; i ) {
        for (int j = 0; j < n; j ) {
            if (grid[i][j] == 0) {
                res ;
                dfs(grid, i, j);
            }
        }
    }
    return res;
}

// 从 (i, j) 开始，将与之相邻的陆地都变成海水
void dfs(int[][] grid, int i, int j) {
    int m = grid.length, n = grid[0].length;
    if (i < 0 || j < 0 || i >= m || j >= n) {
        return;
    }
    if (grid[i][j] == 1) {
        // 已经是海水了
        return;
    }
    // 将 (i, j) 变成海水
    grid[i][j] = 1;
    // 淹没上下左右的陆地
    dfs(grid, i   1, j);
    dfs(grid, i, j   1);
    dfs(grid, i - 1, j);
    dfs(grid, i, j - 1);
}
只要提前把靠边的陆地都淹掉，然后算出来的就是封闭岛屿了。

PS：处理这类岛屿问题除了 DFS/BFS 算法之外，Union Find 并查集算法也是一种可选的方法。

这道岛屿题目的解法稍微改改就可以解决力扣第 1020 题「飞地的数量」，这题不让你求封闭岛屿的数量，而是求封闭岛屿的面积总和。

其实思路都是一样的，先把靠边的陆地淹掉，然后去数剩下的陆地数量就行了，注意第 1020 题中1代表陆地，0代表海水：

int numEnclaves(int[][] grid) {
    int m = grid.length, n = grid[0].length;
    // 淹掉靠边的陆地
    for (int i = 0; i < m; i ) {
        dfs(grid, i, 0);
        dfs(grid, i, n - 1);
    }
    for (int j = 0; j < n; j ) {
        dfs(grid, 0, j);
        dfs(grid, m - 1, j);
    }

    // 数一数剩下的陆地
    int res = 0;
    for (int i = 0; i < m; i ) {
        for (int j = 0; j < n; j ) {
            if (grid[i][j] == 1) {
                res  = 1;
            }
        }
    }

    return res;
}

// 和之前的实现类似
void dfs(int[][] grid, int i, int j) {
    // ...
}
篇幅所限，具体代码我就不写了，我们继续看其他的岛屿问题。

岛屿的最大面积

这是力扣第 695 题「岛屿的最大面积」，0表示海水，1表示陆地，现在不让你计算岛屿的个数了，而是让你计算最大的那个岛屿的面积，函数签名如下：

int maxAreaOfIsland(int[][] grid)
比如题目给你输入如下一个二维矩阵：

其中面积最大的是橘红色的岛屿，算法返回它的面积 6。

这题的大体思路和之前完全一样，只不过dfs函数淹没岛屿的同时，还应该想办法记录这个岛屿的面积。

我们可以给dfs函数设置返回值，记录每次淹没的陆地的个数，直接看解法吧：

int maxAreaOfIsland(int[][] grid) {
    // 记录岛屿的最大面积
    int res = 0;
    int m = grid.length, n = grid[0].length;
    for (int i = 0; i < m; i ) {
        for (int j = 0; j < n; j ) {
            if (grid[i][j] == 1) {
                // 淹没岛屿，并更新最大岛屿面积
                res = Math.max(res, dfs(grid, i, j));
            }
        }
    }
    return res;
}

// 淹没与 (i, j) 相邻的陆地，并返回淹没的陆地面积
int dfs(int[][] grid, int i, int j) {
    int m = grid.length, n = grid[0].length;
    if (i < 0 || j < 0 || i >= m || j >= n) {
        // 超出索引边界
        return 0;
    }
    if (grid[i][j] == 0) {
        // 已经是海水了
        return 0;
    }
    // 将 (i, j) 变成海水
    grid[i][j] = 0;

    return dfs(grid, i   1, j)
           dfs(grid, i, j   1)
           dfs(grid, i - 1, j)
           dfs(grid, i, j - 1)   1;
}
解法和之前相比差不多，我也不多说了，接下来的两道岛屿问题是比较有技巧性的，我们重点来看一下。

子岛屿数量

如果说前面的题目都是模板题，那么力扣第 1905 题「统计子岛屿」可能得动动脑子了：

这道题的关键在于，如何快速判断子岛屿？肯定可以借助 Union Find 并查集 算法来判断，不过本文重点在 DFS 算法，就不展开并查集算法了。

什么情况下grid2中的一个岛屿B是grid1中的一个岛屿A的子岛？

当岛屿B中所有陆地在岛屿A中也是陆地的时候，岛屿B是岛屿A的子岛。

反过来说，如果岛屿B中存在一片陆地，在岛屿A的对应位置是海水，那么岛屿B就不是岛屿A的子岛。

那么，我们只要遍历grid2中的所有岛屿，把那些不可能是子岛的岛屿排除掉，剩下的就是子岛。

依据这个思路，可以直接写出下面的代码：

int countSubIslands(int[][] grid1, int[][] grid2) {
    int m = grid1.length, n = grid1[0].length;
    for (int i = 0; i < m; i ) {
        for (int j = 0; j < n; j ) {
            if (grid1[i][j] == 0