378. 有序矩阵中第K小的元素(官方题解,未吃透,mark)

    技术2023-10-19  78

    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 。

    分析:

    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。

    代码:

    class Solution { public int kthSmallest(int[][] matrix, int k) { int n = matrix.length; int left = matrix[0][0]; int right = matrix[n - 1][n - 1]; while (left < right) { int mid = left + ((right - left) >> 1); if (check(matrix, mid, k, n)) { right = mid; } else { left = mid + 1; } } return left; } public boolean check(int[][] matrix, int mid, int k, int n) { int i = n - 1; int j = 0; int num = 0; while (i >= 0 && j < n) { if (matrix[i][j] <= mid) { num += i + 1; j++; } else { i--; } } return num >= k; } }

    结果:

     

    Processed: 0.022, SQL: 9