这道题很难想,主要有两种解法,一种是把这道题目转化成之前那道(#084)直方图面积计算的题目,使用栈来做,但是还有更优雅的方法,使用DP。这两种方法的时间复杂度都是O(mn),空间复杂度都是O(n)。
题目
Given a 2D binary matrix filled with 0’s and 1’s, find the largest rectangle containing only 1’s and return its area.
For example, given the following matrix:
1 0 1 0 0
1 0 1 1 1
1 1 1 1 1
1 0 0 1 0
Return 6.
解法一:直方图面积
行遍历,沿着这一行将矩阵切开,行上面的矩阵看做#84题目中的直方图,计算上面直方图面积的最大值。在遍历所有行之后,得到的面积最大值就是最大面积。
解法二:DP
行遍历,沿着一行进行扫描,我们对于矩阵中的每个位置需要维护三个量:H 高度, L 左边界, R 右边界,这三个量将被用来计算一个矩形面积
0 0 0 1 0 0 0
0 0 1 1 1 0 0
0 1 1 1 1 1 0
我们来考虑上面的矩阵
在遍历第一行时,
高度H:0001000
遍历第二行时,只需要考虑前一行已存储的状态和这一行的值就可以了,直接在H的基础上修改就可以了
高度H:0012100
对于左右边界,情况复杂一点,需要考虑前一行存储的状态和这一行已扫面过的状态
遍历第一行时,
左边界L:0003000
遍历第二行时,
左边界L:0023200
在下面的代码中,使用curleft存储的值表示当前块的最左边,在最终决定左边界时,要考虑到上一行如果已经有已存在的左边界时,就选取上一行左边界值作为当前左边界(如第二行L的232中的3)。
这样每一行遍历时,内部就可以表示不同起始边界的矩形块了。
右边界同理。
该动态规划的过程就是利用了上一行的信息。
DP代码
一个容易理解的版本,后面还有一个做了代码优化的版本
class Solution { public: int maximalRectangle(vector<vector<char>>& matrix) { int res = 0; const int m = matrix.size(); if (m == 0){ return 0; } const int n = matrix[0].size(); if (n == 0){ return 0; } vector<int> left(n, 0), right(n, n), height(n, 0); for (int i = 0; i < m; ++i){ int cur_left = 0, cur_right = n; for (int j = 0; j < n; ++j){ height[j] = matrix[i][j] == '1' ? height[j] + 1 : 0; // ==1, 则height++,否则为0 } for (int j = 0; j < n; ++j){ left[j] = matrix[i][j] == '1' ? max(left[j], cur_left) : 0; // ==1 左边界 为 最右,否则为0 cur_left = matrix[i][j] == '1' ? cur_left : j + 1; // ==1, 左边界不变,否则无效 } for (int j = n - 1; j >= 0; --j){ right[j] = matrix[i][j] == '1' ? min(right[j], cur_right) : n; cur_right = matrix[i][j] == '1' ? cur_right : j; } for (int j = 0; j < n; ++j){ res = max(res, (right[j] - left[j]) * height[j]); // 计算面积 } } return res; } };
做了一些代码优化,6ms,轻松超过90%
class Solution { public: int maximalRectangleCodeOP(vector<vector<char>>& matrix) { int res = 0; const int m = matrix.size(); if (m == 0){ return 0; } const int n = matrix[0].size(); if (n == 0){ return 0; } vector<int> left(n, 0), right(n, n), height(n, 0); for (int i = 0; i < m; ++i){ int cur_left = 0, cur_right = n; for (int j = n - 1; j >= 0; --j){ right[j] = matrix[i][j] == '1' ? min(right[j], cur_right) : n; cur_right = matrix[i][j] == '1' ? cur_right : j; } for (int j = 0; j < n; ++j){ const bool flag = matrix[i][j] == '1'; height[j] = flag ? height[j] + 1 : 0; left[j] = flag ? max(left[j], cur_left) : 0; cur_left = flag ? cur_left : j + 1; res = max(res, (right[j] - left[j]) * height[j]); } } return res; } };