トマトの箱は3次元の格子です。熟したトマトは、軸に沿った6方向に隣接する未熟なトマトを熟させます。この変化は1日ごとに同時に起こります。未熟なトマトがすべて熟すまでの日数を求め、熟すことのできないトマトが残る場合は -1 を出力します。
複数の始点を使う幅優先探索（BFS）を行います。探索を始める前に、最初から熟しているトマトをすべてキューに入れます。キューには各マスを平坦化した整数インデックスを格納し、マスの総数分のプリミティブな int[] を使います。未熟なマスが熟した状態に変わったときだけキューに追加するため、各マスが追加されるのは最大1回です。
格子の値を日数ラベルとしても使います。最初から熟しているマスは 1 とし、新たに熟したマスには直前のマスの値に1を加えた値を設定します。そのためBFSの各層は、1日の間に同時に起こる変化を表します。入力時に未熟なトマトの数を数え、熟すたびにその数を減らします。最初から未熟なトマトがなければ答えは 0 です。キューが空になるまで探索しても未熟なトマトが残っていれば -1、そうでなければ格子内の最大値から1を引いた値が経過日数です。
入力リーダーは行の区切りに依存せず、空白区切りの整数を読み取ります。
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import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.IOException;
public class Main {
private static int m, n, h;
private static final int[] DZ = {1, -1, 0, 0, 0, 0};
private static final int[] DY = {0, 0, 1, -1, 0, 0};
private static final int[] DX = {0, 0, 0, 0, 1, -1};
public static void main(String[] args) throws IOException {
FastScanner in = new FastScanner();
m = in.nextInt();
n = in.nextInt();
h = in.nextInt();
int volume = m * n * h;
int[][][] box = new int[h][n][m];
int[] queue = new int[volume];
int tail = 0;
int unripe = 0;
for (int z = 0; z < h; z++) {
for (int y = 0; y < n; y++) {
for (int x = 0; x < m; x++) {
int value = in.nextInt();
box[z][y][x] = value;
if (value == 1) {
queue[tail++] = (z * n + y) * m + x;
} else if (value == 0) {
unripe++;
}
}
}
}
System.out.println(ripeningDays(box, queue, tail, unripe));
}
private static int ripeningDays(int[][][] box, int[] queue, int tail, int unripe) {
if (unripe == 0) {
return 0;
}
int maxDay = 1;
for (int head = 0; head < tail; head++) {
int index = queue[head];
int z = index / (n * m);
int remainder = index % (n * m);
int y = remainder / m;
int x = remainder % m;
int nextDay = box[z][y][x] + 1;
for (int direction = 0; direction < 6; direction++) {
int nz = z + DZ[direction];
int ny = y + DY[direction];
int nx = x + DX[direction];
if (nz < 0 || nz >= h || ny < 0 || ny >= n || nx < 0 || nx >= m
|| box[nz][ny][nx] != 0) {
continue;
}
box[nz][ny][nx] = nextDay;
maxDay = nextDay;
unripe--;
queue[tail++] = (nz * n + ny) * m + nx;
}
}
return unripe == 0 ? maxDay - 1 : -1;
}
private static final class FastScanner {
private final BufferedInputStream in = new BufferedInputStream(System.in);
private final byte[] buffer = new byte[1 << 16];
private int pointer, length;
int nextInt() throws IOException {
int c;
do {
c = read();
} while (c <= ' ' && c != -1);
int value = 0;
while (c > ' ') {
value = value * 10 + c - '0';
c = read();
}
return value;
}
private int read() throws IOException {
if (pointer == length) {
length = in.read(buffer);
pointer = 0;
if (length == -1) {
return -1;
}
}
return buffer[pointer++];
}
}
}
各マスは最大1回だけキューに入り、隣接マスを最大6回確認するため、実行時間は O(MNH) です。格子とプリミティブキューはそれぞれ O(MNH) の空間を使います。