【LeetCode】Maximal Rectangle

该博客主要探讨了LeetCode上的Maximal Rectangle问题,即在一个二维的二进制矩阵中找到最大的全1矩形并返回其面积。博主提供了详细的题目描述、分析,以及C++实现的解决方案,包括一个名为Solution的类,通过维护高度(H)、左边界(L)和右边界(R)数组来计算最大矩形的面积。

参考链接

http://blog.youkuaiyun.com/littlestream9527/article/details/19641013


http://blog.youkuaiyun.com/nandawys/article/details/9245119


http://www.cnblogs.com/yingzhongwen/archive/2013/04/26/3044560.html


http://wenku.baidu.com/link?url=Exq42d-rpqmRGziQGTsUvDmAFshiuXAt-QIbPwMebDRkDm4s9AfmO9nOZKfmX4G-sDJ-ljNp1jde7ibh_8z-0bBubDo34MxSp1_cQcZRsAm



题目描述

Maximal Rectangle

 

Given a 2D binary matrix filled with 0's and 1's, find the largest rectangle containing all ones and return its area.


题目分析

这个题目有两种经典的解法。

一:转换成柱形图求最大面积。n^2

二:浅​谈​用​极​大​化​思​想​解​决​最​大​子​矩​形​问​题


总结


代码示例

class Solution {
public:
    int maximalRectangle(vector<vector<char> > &matrix) {
        int x = matrix.size();
        if(0 == x)    return 0;
        int y = matrix[0].size();
        if(0 == y)    return 0;
        vector<vector<int> > result(x, vector<int>(y));
        for(int i = 0; i < x; ++i)
            for(int j = 0; j < y; ++j)
                result[i][j] = '0' == matrix[i][j]? 0: 1;
        for(int i = 1; i < x; ++i)
            for(int j = 0; j < y; ++j)
                result[i][j] += 0 == result[i][j]? 0: result[i-1][j];
        int ret = 0;
        for(int i = 0; i < x; ++i)
            ret = max(ret, maxArea(result[i]));
        return ret;
    }

    int maxArea(vector<int>& line)
    {
        stack<int> S;
        line.push_back(0);
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < line.size(); i++) {
            if (S.empty() || line[i] > line[S.top()]) S.push(i);
            else {
                int tmp = S.top();
                S.pop();
                sum = max(sum, line[tmp]*(S.empty()? i : i-S.top()-1));
                i--;
            }
        }
        return sum;
    }
};


class Solution {
public:
    int maximalRectangle(vector<vector<char> > &matrix){
		if(matrix.size()==0)
			return 0;
		int n = matrix[0].size();
		vector<int> H(n);
		vector<int> L(n);
		vector<int> R(n,n);
		int res = 0;
		for(int i=0;i<matrix.size();++i){
			int left = 0, right = n;
			for(int j=0;j<n;++j){
				if(matrix[i][j]=='1'){
					++H[j];
					L[j] = max(left,L[j]);
				}
				else{
					H[j] = 0; left = j+1; L[j] = 0; R[j] = n;
				}
			}
			for(int j=n-1;j>=0;--j){
				if(matrix[i][j]=='1'){
					R[j] = min(R[j],right);
					res = max(res, (R[j]-L[j])*H[j]);
				}
				else{
					right = j;
				}
			}
		}
		return res;

	}
};



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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