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# 题目链接
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3
# 思路
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- // 只要一个柱子的
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- // 暴力的解法 都不好写啊
6
- // 找左面最大的, 找右边最大的,找左右边际的时候容易迷糊。我已开始还找左大于右的。 (还不够)
7
- // 每次记录单条,不要记录整个面积
8
4
9
- ## 暴力解法
5
+ 接雨水问题在面试中还是常见题目的,有必要好好讲一讲。
6
+
7
+ 本文深度讲解如下三种方法:
8
+ * 双指针法
9
+ * 动态规划
10
+ * 单调栈
11
+
12
+ ## 双指针解法
10
13
11
14
这道题目暴力解法并不简单,我们来看一下思路。
12
15
@@ -100,67 +103,196 @@ public:
100
103
因为每次遍历列的时候,还要向两边寻找最高的列,所以时间复杂度为O(n^2)。
101
104
空间复杂度为O(1)。
102
105
106
+ ## 动态规划解法
107
+
108
+ 在上面的双指针解法,我们可以看到,只要知道左边柱子的最高高度 和 记录右边柱子的最高高度,就可以计算当前位置的雨水面积,这也是也列来计算的。
109
+
110
+ 即,当前列雨水面积:min(左边柱子的最高高度,记录右边柱子的最高高度) - 当前柱子高度
111
+
112
+ 为了的到两边的最高高度,使用了双指针来遍历,每到一个柱子都向两边遍历一波。
113
+
114
+ 这其实是有重复计算的。
115
+
116
+ 我们把每一个位置的左边最高高度记录在一个数组上(maxLeft),右边最高高度记录在一个数组上(maxRight)。
117
+
118
+ 避免的重复计算,者就用到了动态规划。
119
+
120
+ 当前位置,左边的最高高度,是前一个位置的最高高度和本高度的最大值。
121
+
122
+ 即从左向右遍历:maxLeft[ i] = max(height[ i] , maxLeft[ i - 1] );
123
+
124
+ 从右向左遍历:maxRight[ i] = max(height[ i] , maxRight[ i + 1] );
125
+
126
+ 这样就找到递推公式。
127
+
128
+ 是不是地推公式还挺简单的,其实动态规划就是这样,只要想到了递推公式,其实就比较简单了。
129
+
130
+ 代码如下:
131
+
132
+ ```
133
+ class Solution {
134
+ public:
135
+ int trap(vector<int>& height) {
136
+ if (height.size() <= 2) return 0;
137
+ vector<int> maxLeft(height.size(), 0);
138
+ vector<int> maxRight(height.size(), 0);
139
+ int size = maxRight.size();
140
+
141
+ // 记录每个柱子左边柱子最大高度
142
+ maxLeft[0] = height[0];
143
+ for (int i = 1; i < size; i++) {
144
+ maxLeft[i] = max(height[i], maxLeft[i - 1]);
145
+ }
146
+ // 记录每个柱子右边柱子最大高度
147
+ maxRight[size - 1] = height[size - 1];
148
+ for (int i = size - 2; i >= 0; i--) {
149
+ maxRight[i] = max(height[i], maxRight[i + 1]);
150
+ }
151
+ // 求和
152
+ int sum = 0;
153
+ for (int i = 0; i < size; i++) {
154
+ int count = min(maxLeft[i], maxRight[i]) - height[i];
155
+ if (count > 0) sum += count;
156
+ }
157
+ return sum;
158
+ }
159
+ };
160
+ ```
161
+
162
+ ## 单调栈解法
163
+
164
+ 这个解法可以说是最不好理解的了,所以下面我花了大量的篇幅来介绍这种方法。
165
+
166
+ 单调栈就是保持栈内元素有序。和[ 栈与队列:单调队列] ( https://mp.weixin.qq.com/s/8c6l2bO74xyMjph09gQtpA ) 一样,需要我们自己维持顺序,没有现成的容器可以用。
167
+
168
+
169
+ ### 准备工作
103
170
104
- # 单调栈
171
+ 那么本题使用单调栈有如下几个问题:
105
172
106
- 单调栈究竟如何做呢,得画一个图,不太好理解
173
+ 1 . 使用单调栈内元素的顺序
107
174
108
- ## 使用单调栈内元素的顺序
175
+ 从大到小还是从小打到呢?
109
176
110
- 从打到小还是从小打到呢
177
+ 要从栈底到栈头(元素从栈头弹出)是从大到小的顺序。
111
178
112
- 从栈底到栈头(元素从栈头弹出)是从大到小的顺序, 因为一旦发现添加的柱子高度大于栈头元素了,此时就出现凹槽了,栈头元素就是凹槽底部的柱子,栈头第二个元素就是凹槽左边的柱子,而添加的元素就是凹槽右边的柱子。
179
+ 因为一旦发现添加的柱子高度大于栈头元素了,此时就出现凹槽了,栈头元素就是凹槽底部的柱子,栈头第二个元素就是凹槽左边的柱子,而添加的元素就是凹槽右边的柱子。
113
180
114
181
如图:
115
182
116
183
<img src =' ../pics/42.接雨水4.png ' width =600 > </img ></div >
117
184
118
185
119
- ## 遇到相同高度的柱子怎么办。
186
+ 2 . 遇到相同高度的柱子怎么办。
120
187
121
- 遇到相同的元素,更新栈内下表,就是将栈里元素(旧下标)弹出,讲新元素 (新下标)加入栈中。
188
+ 遇到相同的元素,更新栈内下表,就是将栈里元素(旧下标)弹出,将新元素 (新下标)加入栈中。
122
189
123
190
例如 5 5 1 3 这种情况。如果添加第二个5的时候就应该将第一个5的下标弹出,把第二个5添加到栈中。
124
191
125
- 因为我们要求宽度的时候 如果遇到相容高度的柱子 ,需要使用最右边的柱子来计算宽度。
192
+ 因为我们要求宽度的时候 如果遇到相同高度的柱子 ,需要使用最右边的柱子来计算宽度。
126
193
127
194
如图所示:
128
195
129
196
130
197
<img src =' ../pics/42.接雨水5.png ' width =600 > </img ></div >
131
198
132
199
200
+ 3 . 栈里要保存什么数值
133
201
202
+ 是用单调栈,其实是通过 长 * 宽 来计算雨水面积的。
134
203
204
+ 长就是通过柱子的高度来计算,宽是通过柱子之间的下表来计算,
135
205
136
- 没有必要 stack<pair< int, int>> st; // 高度,下表
206
+ 那么栈里有没有必要存一个pair< int, int>类型的元素,保存柱子的高度和下表呢。
137
207
208
+ 其实不用,栈里就存放int类型的元素就行了,表示下表,想要知道对应的高度,通过height[ stack.top()] 就知道弹出的下表对应的高度了。
138
209
139
- 放进去元素,相同怎么办,相同也没事,放里面就行,计算结果也是0
210
+ 所以栈的定义如下:
140
211
141
- ** 真的难**
212
+ ```
213
+ stack<int> st; // 存着下标,计算的时候用下标对应的柱子高度
214
+ ```
215
+
216
+ 明确了如上几点,我们再来看处理逻辑。
217
+
218
+ ### 单调栈处理逻辑
219
+
220
+ 先将下表0的柱子加入到栈中,` st.push(0); ` 。
221
+
222
+ 然后开始从下表1开始遍历所有的柱子,` for (int i = 1; i < height.size(); i++) ` 。
223
+
224
+ 如果当前遍历的元素(柱子)高度小于栈顶元素的高度,就把这个元素加入栈中,因为栈里本来就要保持从大到小的顺序(从栈底到栈头)。
225
+
226
+ 代码如下:
227
+
228
+ ```
229
+ if (height[i] < height[st.top()]) st.push(i);
230
+ ```
231
+
232
+ 如果当前遍历的元素(柱子)高度等于栈顶元素的高度,要跟更新栈顶元素,因为遇到相相同高度的柱子,需要使用最右边的柱子来计算宽度。
233
+
234
+ 代码如下:
235
+
236
+ ```
237
+ if (height[i] == height[st.top()]) { // 例如 5 5 1 7 这种情况
238
+ st.pop();
239
+ st.push(i);
240
+ }
241
+ ```
242
+
243
+ 如果当前遍历的元素(柱子)高度大于栈顶元素的高度,此时就出现凹槽了,如图所示:
244
+
245
+ <img src =' ../pics/42.接雨水4.png ' width =600 > </img ></div >
246
+
247
+ 取栈顶元素,将栈顶元素弹出,这个就是凹槽的底部,也就是中间位置,下表记为mid,对应的高度为height[ mid] (就是图中的高度1)。
248
+
249
+ 栈顶元素st.top(),就是凹槽的左边位置,下表为st.top(),对应的高度为height[ st.top()] (就是图中的高度2)。
250
+
251
+ 当前遍历的元素i,就是凹槽右边的位置,下表为i,对应的高度为height[ i] (就是图中的高度3)。
252
+
253
+ 那么雨水高度是 min(凹槽左边高度, 凹槽右边高度) - 凹槽底部高度,代码为:` int h = min(height[st.top()], height[i]) - height[mid]; `
254
+
255
+ 雨水的宽度是 凹槽右边的下表 - 凹槽左边的下表 - 1(因为只求中间宽度),代码为:` int w = i - st.top() - 1 ; `
256
+
257
+ 当前凹槽雨水的体积就是:` h * w ` 。
258
+
259
+ 求当前凹槽雨水的体积代码如下:
260
+
261
+ ```
262
+ while (!st.empty() && height[i] > height[st.top()]) { // 注意这里是while,持续跟新栈顶元素
263
+ int mid = st.top();
264
+ st.pop();
265
+ if (!st.empty()) {
266
+ int h = min(height[st.top()], height[i]) - height[mid];
267
+ int w = i - st.top() - 1; // 注意减一,只求中间宽度
268
+ sum += h * w;
269
+ }
270
+ }
271
+ ```
272
+
273
+ 关键部分讲完了,整体代码如下:
142
274
143
275
```
144
276
class Solution {
145
277
public:
146
278
int trap(vector<int>& height) {
147
- if (height.size() <= 2) return 0;
279
+ if (height.size() <= 2) return 0; // 可以不加
148
280
stack<int> st; // 存着下标,计算的时候用下标对应的柱子高度
149
281
st.push(0);
150
282
int sum = 0;
151
283
for (int i = 1; i < height.size(); i++) {
152
- if (height[i] < height[st.top()]) {
284
+ if (height[i] < height[st.top()]) { // 情况一
153
285
st.push(i);
154
- } if (height[i] == height[st.top()]) { // 如果相等则更新栈内下表,例如 5 5 1 7 这种情况
155
- st.pop();
286
+ } if (height[i] == height[st.top()]) { // 情况二
287
+ st.pop(); // 其实这一句可以不加,效果是一样的,但处理相同的情况的思路却变了。
156
288
st.push(i);
157
- } else {
289
+ } else { // 情况三
158
290
while (!st.empty() && height[i] > height[st.top()]) { // 注意这里是while
159
291
int mid = st.top();
160
292
st.pop();
161
293
if (!st.empty()) {
162
294
int h = min(height[st.top()], height[i]) - height[mid];
163
- int w = i - st.top() - 1 ; // 注意求宽度这里不加1,而是减一
295
+ int w = i - st.top() - 1; // 注意减一,只求中间宽度
164
296
sum += h * w;
165
297
}
166
298
}
@@ -171,3 +303,32 @@ public:
171
303
}
172
304
};
173
305
```
306
+
307
+ 以上代码冗余了一些,但是思路是清晰的,下面我将代码精简一下,如下:
308
+
309
+ ```
310
+ class Solution {
311
+ public:
312
+ int trap(vector<int>& height) {
313
+ stack<int> st;
314
+ st.push(0);
315
+ int sum = 0;
316
+ for (int i = 1; i < height.size(); i++) {
317
+ while (!st.empty() && height[i] > height[st.top()]) {
318
+ int mid = st.top();
319
+ st.pop();
320
+ if (!st.empty()) {
321
+ int h = min(height[st.top()], height[i]) - height[mid];
322
+ int w = i - st.top() - 1;
323
+ sum += h * w;
324
+ }
325
+ }
326
+ st.push(i);
327
+ }
328
+ return sum;
329
+ }
330
+ };
331
+ ```
332
+
333
+ 精简之后的代码,大家就看不出去三种情况的处理了,貌似好像只处理的情况三,其实是把情况一和情况二融合了。 这样的代码不太利于理解。
334
+
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