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一魚再吃 用 二分搜尋 來尋找平面相對高點 Find a Peak Element II_Leetcode #1901

更新 發佈閱讀 5 分鐘

這題的題目在這裡

題目會給定一個2D 二維的矩陣,矩陣內的元素值代表對應的高度,要求我們找出相對最高點,也就是(大樓)高度大於N4 東、南、西、北 四個鄰居的索引值。

題目保證矩陣內相鄰的元素值都不相同,也又是相鄰的兩兩相比較,一定有一個比較高,有一個比較矮。

答案可能不只一組,返回任何一組合法的皆可。

題目要求我們的演算法,必須在O( m log n ) 或者 O( n log m )時間複雜度之內。

註:
其實經驗累積久了,看到m log n 這種order的時間複雜度,就會想到二維平面的二分搜尋法,這是一個很強烈的提示。



測試範例:

Example 1:

vocus|新世代的創作平台


Input: mat = [[1,4],[3,2]]
Output: [0,1]
Explanation: Both 3 and 4 are peak elements so [1,0] and [0,1] are both acceptable answers.

Example 2:

vocus|新世代的創作平台


Input: mat = [[10,20,15],[21,30,14],[7,16,32]]
Output: [1,1]
Explanation: Both 30 and 32 are peak elements so [1,1] and [2,2] are both acceptable answers.

約束條件:

Constraints:

  • m == mat.length
  • n == mat[i].length
  • 1 <= m, n <= 500 矩陣一定有內容,保證不是空陣列
  • 1 <= mat[i][j] <= 105
  • No two adjacent cells are equal. 每個相鄰的元素都不同

演算法:

承接一開始題目的限制,也是提示,複雜度必須在O( m log n ) 或者 O( n log m )之內。

一開始先剖半,找到寬度的中心點,從中心點那條column開始找,

接著,在垂直方向找出有最大值的那一個row,再和那個row的左右鄰居做比較。

題目又保證矩陣內相鄰的元素值都不相同,也又是相鄰的兩兩相比較,一定有一個比較高,有一個比較矮。

所以,比較之後,往大的那邊移動(因為我們今天要找的是相對最大值,也就是擁有相對最高的矩陣索引值)

每次砍半,捨去一半不可能的區間,直到找到相對最大值,然後返回該點的索引值,就是答案。


程式碼:

class Solution(object):
 def findPeakGrid(self, mat):

  # height and width of input matrix
  h, w = len(mat), len(mat[0])

  # Window of binary search, initialized as boundary
  left, right = 0, w-1

  # Find largest column by binary search
  while left <= right:

   cur_col = left + ( right - left ) // 2
   
   # Find largest row by brute force linear scan on row-wise
   cur_max = -math.inf
   cur_row = -1
   for row in range(h):
    
    if mat[row][cur_col] > cur_max:
     cur_max = mat[row][cur_col]
     cur_row = row

   # Binary seach to find peak element on column-wise
   leftLarger = (cur_col -1 >= 0) and mat[cur_row][cur_col-1] > mat[cur_row][cur_col]
   rightLarger = (cur_col +1 <= (w-1) ) and mat[cur_row][cur_col+1] > mat[cur_row][cur_col]

   if leftLarger:
    right = cur_col-1

   elif rightLarger:
    left = cur_col+1
    
   else:
    return [cur_row, cur_col]

  return [-1, -1]

 


時間複雜度:

O( h log w ) = O( m log n )

垂直方向找最大值耗費O( m )

內層針對水平方向做二分搜尋法,耗費O( log n )

空間複雜度:

O( 1 ) 只使用固定尺寸的臨時變數,所占用的空間為常數級別O( 1 )


這題學完,記得去複習經典的Binary search
強烈推薦複習這題-> Search a 2D MatrixSqrt(x)Find Peak Element
背後的二分搜尋法原理和對半切從中心點去逼近解答、目標值的想法都是相通的喔!


Reference:

[1] Python O( h log w ) by 2D binary search [w/ Comment] - Find a Peak Element II - LeetCode

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小松鼠的演算法樂園
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由有業界實戰經驗的演算法工程師, 手把手教你建立解題的框架, 一步步寫出高效、清晰易懂的解題答案。 著重在讓讀者啟發思考、理解演算法,熟悉常見的演算法模板。 深入淺出地介紹題目背後所使用的演算法意義,融會貫通演算法與資料結構的應用。 在幾個經典的題目融入一道題目的多種解法,或者同一招解不同的題目,擴展廣度,並加深印象。
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