LeetCode: Maximal Rectangle

本文介绍了一种解决矩阵最大矩形问题的方法,通过将每行视为直方图并计算其最大面积,最终找到矩阵中全为1的最大矩形区域。文章详细解释了算法思路,并提供了完整的C++代码实现。

思路:借鉴网上的讨论,此题和前面一个直方图最大面积类似,只是现在需要把矩阵的每一行转化成一个直方图,然后计算每一行的最大面积即可,其余思路见代码注释

code:

class Solution {
public:
    int maximalRectangle(vector<vector<char> > &matrix) {
        if(matrix.empty())
            return 0;
        int maxArea = 0;
        int nRows = matrix.size(),nCols = matrix[0].size();
        vector<int> rows(nCols,0);
        for(int i = 0;i < nRows;i++){
            for(int j =0;j <nCols;j++){//当前行的直方图值
                if(matrix[i][j] == '1')
                    rows[j]++;
                else
                    rows[j] = 0;
            }
            int curMax = singleRowMax(rows,nCols);
            maxArea = max(maxArea,curMax);
        }
        return maxArea;
    }
    int singleRowMax(vector<int> &row,int n){//计算一行的直方图最大面积
        int i = 0;
        stack<int> s;
        int maxArea = 0;
        while(i < n){
            if(s.empty() || row[i] >= row[s.top()]){//栈中存储递增的序列,而且到当前位置,最小的值一定在栈底
                s.push(i);
                ++i;
            }
            else{//如果当前位置要小于栈顶元素,则以栈顶元素为高,弹栈,长度为新栈顶和当前元素之间的距离(因为旧栈顶和新栈顶之间的元素一定比新旧栈顶的元素要大,或者新旧栈顶连续)
                int curIndex = s.top();
                s.pop();
                int curValue = row[curIndex] * (s.empty() ? i : i - s.top() - 1);
                maxArea = max(maxArea,curValue);
            }
        }
        while(!s.empty()){
            int curIndex = s.top();
            s.pop();
            int curValue = row[curIndex] * (s.empty() ? n : n - s.top() - 1);
            maxArea = max(maxArea,curValue);
        }
        return maxArea;
    }
};


在这段代码中,`// 主函数:求01矩阵中最大全1矩形面积` 是对下方函数 `int maximalRectangle(vector<vector<int>>& matrix)` 的注释说明。我们重点分析的是这行代码: ```cpp int maximalRectangle(vector<vector<int>>& matrix) { ``` ### 功能和作用分析 这行代码定义了一个名为 `maximalRectangle` 的函数,它是解决“在给定的 01 矩阵中寻找最大全 1 子矩形面积”问题的核心函数。以下是其详细功能与作用解析: --- #### ✅ 函数名称:`maximalRectangle` - **语义含义**:寻找最大矩形(通常是面积最大的由 '1' 构成的矩形)。 - 这是一个经典算法题(LeetCode #85: Maximal Rectangle),常用于图像处理、动态规划与栈的应用场景。 #### ✅ 参数类型:`vector<vector<int>>& matrix` - 表示一个二维整数矩阵,元素为 0 或 1。 - 使用 **引用传递**(`&`)避免拷贝整个二维数组,提高效率。 - 输入形式如: ``` 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 ``` #### ✅ 返回值类型:`int` - 返回一个整数,表示能构成的最大全 1 矩形的面积(单位格子数)。 #### ✅ 核心思想(结合后续代码理解) 该函数通过将二维问题转化为多个一维“柱状图中最大矩形”问题来求解: 1. 维护一个一维数组 `heights`,记录每一列从当前行向上连续 '1' 的高度。 2. 对每一行更新 `heights[]` 数组。 3. 调用 `largestRectangleInHistogram(heights)` 计算以当前行为底边时所能形成的最大矩形面积。 4. 遍历所有行后取最大值作为结果。 > 因此,`maximalRectangle` 实际上是利用了“柱状图最大矩形”这一子问题(单调栈方法)进行逐层扫描,从而解决二维矩阵中的最大矩形问题。 #### ✅ 在整体程序中的角色 - 是主逻辑入口函数之一(被 `main()` 调用)。 - 将原始的二维矩阵问题降维成一系列一维问题,复用 `largestRectangleInHistogram` 函数实现高效求解。 - 属于典型的 **动态规划 + 单调栈** 结合应用。 --- ### 总结 ```cpp int maximalRectangle(vector<vector<int>>& matrix) ``` 这行代码定义了一个关键函数,其作用是: > **接收一个 01 矩阵,计算其中由 '1' 构成的最大矩形区域的面积**。 它通过逐行构建“柱子高度”,并调用基于单调栈优化的一维最大矩形算法,最终返回全局最大面积。 该函数是整个程序解决问题的核心驱动部分。
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