难度:中等
给定一个 n x n 矩阵,其中每行和每列元素均按升序排序,找到矩阵中第 k 小的元素。 请注意,它是排序后的第 k 小元素,而不是第 k 个不同的元素。
示例:
matrix = [ [ 1, 5, 9], [10, 11, 13], [12, 13, 15] ], k = 8, 返回 13。提示: 你可以假设 k 的值永远是有效的,1 ≤ k ≤ n2 。
由题目给出的性质可知,这个矩阵内的元素是从左上到右下递增的(假设矩阵左上角为 matrix[0][0]matrix[0][0])。以下图为例:
我们知道整个二维数组中 matrix[0][0]matrix[0][0] 为最小值,matrix[n - 1][n - 1]matrix[n−1][n−1] 为最大值,现在我们将其分别记作 ll 和 rr。
可以发现一个性质:任取一个数 midmid 满足 l\leq mid \leq rl≤mid≤r,那么矩阵中不大于 midmid 的数,肯定全部分布在矩阵的左上角。
例如下图,取 mid=8mid=8:
我们可以看到,矩阵中大于 midmid 的数就和不大于 midmid 的数分别形成了两个板块,沿着一条锯齿线将这个矩形分开。其中左上角板块的大小即为矩阵中不大于 midmid 的数的数量。
读者也可以自己取一些 midmid 值,通过画图以加深理解。
我们只要沿着这条锯齿线走一遍即可计算出这两个板块的大小,也自然就统计出了这个矩阵中不大于 midmid 的数的个数了。
走法演示如下,依然取 mid=8mid=8:
可以这样描述走法:
初始位置在 matrix[n - 1][0]matrix[n−1][0](即左下角);
设当前位置为 matrix[i][j]matrix[i][j]。若 matrix[i][j] \leq midmatrix[i][j]≤mid,则将当前所在列的不大于 midmid 的数的数量(即 i + 1i+1)累加到答案中,并向右移动,否则向上移动;
不断移动直到走出格子为止。
我们发现这样的走法时间复杂度为 O(n)O(n),即我们可以线性计算对于任意一个 midmid,矩阵中有多少数不大于它。这满足了二分查找的性质。
不妨假设答案为 xx,那么可以知道 l\leq x\leq rl≤x≤r,这样就确定了二分查找的上下界。
每次对于「猜测」的答案 midmid,计算矩阵中有多少数不大于 midmid :
如果数量不少于 kk,那么说明最终答案 xx 不大于 midmid; 如果数量少于 kk,那么说明最终答案 xx 大于 midmid。 这样我们就可以计算出最终的结果 xx 了。
作者:LeetCode-Solution 链接:https://leetcode-cn.com/problems/kth-smallest-element-in-a-sorted-matrix/solution/you-xu-ju-zhen-zhong-di-kxiao-de-yuan-su-by-leetco/ 来源:力扣(LeetCode) 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。