20200801
难度:困难
你有 k 个升序排列的整数数组。找到一个最小区间,使得 k 个列表中的每个列表至少有一个数包含在其中。
我们定义如果 b-a < d-c 或者在 b-a == d-c 时 a < c,则区间 [a,b] 比 [c,d] 小。
示例 1:
输入:[[4,10,15,24,26], [0,9,12,20], [5,18,22,30]]
输出: [20,24]
解释:
列表 1:[4, 10, 15, 24, 26],24 在区间 [20,24] 中。
列表 2:[0, 9, 12, 20],20 在区间 [20,24] 中。
列表 3:[5, 18, 22, 30],22 在区间 [20,24] 中。
注意:
- 给定的列表可能包含重复元素,所以在这里升序表示 >= 。
- 1 <= k <= 3500
- -105 <= 元素的值 <= 105
小根堆
该问题可以转化为,从 k 个列表中各取一个数,使得这 k 个数中的最大值与最小值的差最小。
使用最小堆维护 k 个指针指向的元素中的最小值,同时维护堆中元素的最大值。初始时,k 个指针都指向下标 0,最大元素即为所有列表的下标 0 位置的元素中的最大值。每次从堆中取出最小值,根据最大值和最小值计算当前区间,如果当前区间小于最小区间,则用当前区间更新最小区间,然后将对应列表的指针右移,将新元素加入堆中,并更新堆中元素的最大值。如果一个列表的指针超出该列表的下标范围,则说明该列表中的所有元素都被遍历过,堆中不会再有该列表中的元素,因此退出循环。
class Solution {
public int[] smallestRange(List<List<Integer>> nums) {
int leftRange = 0;
int rightRange = Integer.MAX_VALUE;
int minRange = rightRange - leftRange;//最小区间长度
int max = Integer.MIN_VALUE;//区间左边的最大值 堆中元素对应的值的最大值
int size = nums.size();
int[] next = new int[size];// 每个列表维护一个指针,初始时i个指针都指向下标 0,next[i]=0
//小根堆
PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>(new Comparator<Integer>(){
public int compare(Integer index1, Integer index2){
//比较的是第index个列表的next[index]指针指向的元素
return nums.get(index1).get(next[index1]) - nums.get(index2).get(next[index2]);
}
});
for(int i = 0; i < size; i++){
//堆中加的是第几个列表 是列表索引
pq.offer(i);
// 所有列表的下标 0 位置的元素中的最大值
max = Math.max(max, nums.get(i).get(0));
}
while(true){
int minIndex = pq.poll();//从堆中取出"最小值"对应的列表索引
// 根据最大值和最小值计算当前区间
int curRange = max - nums.get(minIndex).get(next[minIndex]);
if(curRange < minRange){
minRange = curRange;
leftRange = nums.get(minIndex).get(next[minIndex]);
rightRange = max;
}
next[minIndex]++;// 对应列表的指针右移
// 如果有一个列表的指针超出该列表的下标范围
if(next[minIndex] == nums.get(minIndex).size()){
break;
}
pq.offer(minIndex);
// 更新堆中元素的"最大值"
max = Math.max(max, nums.get(minIndex).get(next[minIndex]));
}
return new int[]{leftRange, rightRange};
}
}
哈希表+滑动窗口
参考76题
以原来数字的最小值和最大值为界,用两个指针圈定一个活动的窗口,去捕获目标数字。找齐每个数组的数字,必须知道各个数字来自哪个数组。记录每个数字来自哪个列表,数字会有重复,一个数字可以来自多个列表。
窗口扩张,count 记录当前窗口包含了几个数组的数字,当纳入了一个正好缺失的数组的数字,count就+1 。count==k就是找到了可行解,这时候缩小左边界,直到条件不再满足。记录当前最优解,然后再继续扩张,寻找下一个可行解。
class Solution {
public int[] smallestRange(List<List<Integer>> nums) {
int size = nums.size();
Map<Integer, List<Integer>> map = new HashMap<>();
int xMin = Integer.MAX_VALUE, xMax = Integer.MIN_VALUE;
for(int i = 0; i < size; i++){
//记录每个数字来自哪个列表,数字会有重复,一个数字可以来自多个列表
for(int j = 0; j < nums.get(i).size(); j++){
int num = nums.get(i).get(j);
List<Integer> tmp = map.getOrDefault(num, new ArrayList<>());
tmp.add(i);
map.put(num, tmp);
xMin = Math.min(xMin, num);
xMax = Math.max(xMax, num);
}
}
int min= Integer.MAX_VALUE;//最小区间长度
int l = xMin, r = xMin - 1;//窗口左右边界 表示值
int count = 0;//当前窗口包含了几个列表的数字,count=size才符合
int start = l, end = r;
int[] freq = new int[size];//每个列表现在有几个数字了
while(r < xMax){
r++;
if(map.containsKey(r)){
for(int x : map.get(r)){//当前数字出现在哪些列表中
if(freq[x] == 0){//纳入了一个正好缺失的列表的数字
count++;
}
freq[x]++;//列表x的对应出现次数+1
}
//找到可行解
while(count == size){
if(r - l < min){
min = r - l;
start = l;
end = r;
}
//左边界收缩
//滑走的数字后,如果对应列表的出现次数减成0,count--
if(map.containsKey(l)){
for(int x : map.get(l)){
freq[x]--;
if(freq[x] == 0){
count--;
}
}
}
l++;
}
}
}
return new int[]{start, end};
}
}
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