给定 n 个非负整数表示每个宽度为 1 的柱子的高度图,计算按此排列的柱子,下雨之后能接多少雨水。
上面是由数组 [0,1,0,2,1,0,1,3,2,1,2,1] 表示的高度图,在这种情况下,可以接 6 个单位的雨水(蓝色部分表示雨水)
示例:
输入: [0,1,0,2,1,0,1,3,2,1,2,1] 输出: 6
解法1:按列求
求每一列的水,我们只需要关注当前列,以及左边最高的墙,右边最高的墙就够了。
装水的多少,当然根据木桶效应,我们只需要看左边最高的墙和右边最高的墙中较矮的一个就够了。
所以,根据较矮的那个墙和当前列的墙的高度可以分为三种情况。
较矮的墙的高度大于当前列的墙的高度
把正在求的列左边最高的墙和右边最高的墙确定后,然后为了方便理解,我们把无关的墙去掉。
这样就很清楚了,现在想象一下,往两边最高的墙之间注水。正在求的列会有多少水?
很明显,较矮的一边,也就是左边的墙的高度,减去当前列的高度就可以了,也就是 2 - 1 = 1,可以存一个单位的水。
较矮的墙的高度小于当前列的墙的高度
同样的,我们把其他无关的列去掉。
想象下,往两边最高的墙之间注水。正在求的列会有多少水?
正在求的列不会有水,因为它大于了两边较矮的墙。
较矮的墙的高度等于当前列的墙的高度。
和上一种情况是一样的,不会有水。
明白了这三种情况,程序就很好写了,遍历每一列,然后分别求出这一列两边最高的墙。找出较矮的一端,和当前列的高度比较,结果就是上边的三种情况。
public int trap(int[] height) {
int sum = 0;
//最两端的列不用考虑,因为一定不会有水。所以下标从 1 到 length - 2
for (int i = 1; i < height.length - 1; i++) {
int max_left = 0;
//找出左边最高
for (int j = i - 1; j >= 0; j--) {
if (height[j] > max_left) {
max_left = height[j];
}
}
int max_right = 0;
//找出右边最高
for (int j = i + 1; j < height.length; j++) {
if (height[j] > max_right) {
max_right = height[j];
}
}
//找出两端较小的
int min = Math.min(max_left, max_right);
//只有较小的一段大于当前列的高度才会有水,其他情况不会有水
if (min > height[i]) {
sum = sum + (min - height[i]);
}
}
return sum;
}
时间复杂度:O(n²),遍历每一列需要 n,找出左边最高和右边最高的墙加起来刚好又是一个 n,所以是 n²。
空间复杂度:O(1)。
解法2:动态规划 我们注意到,解法1中。对于每一列,我们求它左边最高的墙和右边最高的墙,都是重新遍历一遍所有高度,这里我们可以优化一下。
首先用两个数组,max_left [i] 代表第 i 列左边最高的墙的高度,max_right[i] 代表第 i 列右边最高的墙的高度。(一定要注意下,第 i 列左(右)边最高的墙,是不包括自身的,和 leetcode 上边的讲的有些不同)
对于 max_left我们其实可以这样求。
max_left [i] = Max(max_left [i-1],height[i-1])。它前边的墙的左边的最高高度和它前边的墙的高度选一个较大的,就是当前列左边最高的墙了。
对于 max_right我们可以这样求。
max_right[i] = Max(max_right[i+1],height[i+1]) 。它后边的墙的右边的最高高度和它后边的墙的高度选一个较大的,就是当前列右边最高的墙了。
这样,我们再利用解法1的算法,就不用在 for 循环里每次重新遍历一次求 max_left 和 max_right 了。
public int trap(int[] height) {
int sum = 0;
int[] max_left = new int[height.length];
int[] max_right = new int[height.length];
for (int i = 1; i < height.length; i++) {
max_left[i] = Math.max(max_left[i - 1], height[i - 1]);
}
for (int i = height.length - 2; i >= 0; i--) {
max_right[i] = Math.max(max_right[i + 1], height[i + 1]);
}
for (int i = 1; i < height.length - 1; i++) {
int min = Math.min(max_left[i], max_right[i]);
if (min > height[i]) {
sum = sum + (min - height[i]);
}
}
return sum;
}
因为没有循环里套循环,所以时间复杂度不是N*N 这里的时间复杂度是3N,线性,所以还是O(n)
时间复杂度:O(n)。
空间复杂度:O(n),用来保存每一列左边最高的墙和右边最高的墙。