201312-3 最大的矩形

这篇博客探讨了一个计算机算法问题——在给定的直方图中找到最大矩形的面积。问题描述了一种算法,通过考虑每个矩形左右两侧连续高于它的矩形数量来确定可能的最大矩形。博主提到了边界处理技巧,通过在数组开头和末尾添加额外元素以避免越界,并提供了一个C++实现的示例代码。算法的关键在于动态维护当前矩形的最大宽度,从而找到最大面积的矩形。

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试题编号:201312-3
试题名称:最大的矩形
时间限制:1.0s
内存限制:256.0MB
问题描述:

问题描述

  在横轴上放了n个相邻的矩形,每个矩形的宽度是1,而第i(1 ≤ i ≤ n)个矩形的高度是hi。这n个矩形构成了一个直方图。例如,下图中六个矩形的高度就分别是3, 1, 6, 5, 2, 3。



  请找出能放在给定直方图里面积最大的矩形,它的边要与坐标轴平行。对于上面给出的例子,最大矩形如下图所示的阴影部分,面积是10。

 

 

输入格式

  第一行包含一个整数n,即矩形的数量(1 ≤ n ≤ 1000)。
  第二行包含n 个整数h1, h2, … , hn,相邻的数之间由空格分隔。(1 ≤ hi ≤ 10000)。hi是第i个矩形的高度。

输出格式

  输出一行,包含一个整数,即给定直方图内的最大矩形的面积。

样例输入

6
3 1 6 5 2 3

样例输出

10

类似于短板效应,在与相邻的矩形构成大矩形的时候,取决于最矮的那个矩形,那么我们就可以一个一个矩形看:(首先设矩形的宽为d=1)

看每一个矩形左边连续的比它高的有n个,则这些就可以构成以它的高度作为高的矩形,则d+n;同理,再去看矩形右边连续的比它高的有m个,则这些也可以构成以它的高度作为高的矩形,d+m;

最后d*h就是以当前这个矩形的高为高的最大矩形面积。

举个例子:

我们选取高为5 的矩形作为我们的当前矩形,他的左边6比它高,d+1;但是1不比他高,所以结束,再去看右边相邻的2,不比他高,所以结束。

最后d=2;   S=2*5=10;

重点方法:

在此处需要注意边界:第一个数的左边和最后一个数的右边,会出现越界,所以我们通过多开辟两个空间来简化,此处我们设置数组大小是a[n+2], a[0]=0;  a[n+1]=0;  这样可以省去很多讨论


  

#include<iostream>
#include<cstring>
using namespace std;
int main()
{
	int n;
	cin>>n;
	int a[n+2];//技巧 很重要 
	a[0]=0;
	a[n+1]=0;
	for(int i=1;i<n+1;i++)
	{
		cin>>a[i];    //输入数据 
	} 
	
	
	int j,max=0;  // max存放最大矩形的面积 
	for(int i=1;i<n+1;i++)   
	{
		int d=1;
		j=i;
		while(a[i]<=a[j-1]){    //循环寻找左边的宽度	
		d++;
		j--;
		}
		
		j=i;
	while(a[i]<=a[j+1]){     	//循环寻找右边的宽度	
		d++;
		j++;
		}
		
		if(max<a[i]*d)max=a[i]*d;  // 比较更新最大面积 
	}
	
	cout<<max;
	
	
}




### 单调栈算法求解最大矩形问题的实现 单调栈是一种经典的数据结构,可以高效地解决许多与数组或列表中元素顺序相关的问题。在柱状图中寻找最大矩形面积的问题中,单调栈被广泛使用以降低时间复杂度。以下是一个完整的实现过程和解释。 #### 1. 算法的核心思想 为了找到柱状图中的最大矩形面积,需要遍历每个柱子,并计算以该柱子为高度的最大矩形面积。通过维护一个单调递增栈,可以快速确定每个柱子左右两侧第一个比它矮的柱子的位置,从而计算宽度并得到面积[^4]。 #### 2. 实现代码 以下是基于单调栈的 C++ 实现: ```cpp class Solution { public: int largestRectangleArea(vector<int>& heights) { stack<int> s; // 单调递增栈 heights.push_back(0); // 添加哨兵元素,确保栈最终会被清空 int n = heights.size(); int ans = 0; for (int i = 0; i < n; ++i) { // 当前高度小于栈顶高度时,处理栈顶元素 while (!s.empty() && heights[i] < heights[s.top()]) { int h = heights[s.top()]; // 栈顶元素的高度 s.pop(); // 弹栈顶元素 int w = s.empty() ? i : i - s.top() - 1; // 计算宽度 ans = max(ans, h * w); // 更新最大面积 } s.push(i); // 将当前索引入栈 } return ans; } }; ``` #### 3. 代码解析 - **初始化栈**:使用一个栈 `s` 来存储柱子的索引。栈内的索引对应的柱子高度是单调递增的。 - **添加哨兵元素**:在输入数组末尾添加一个高度为 0 的柱子,确保所有柱子都会被弹栈进行处理[^5]。 - **遍历柱子**: - 如果当前柱子的高度大于等于栈顶柱子的高度,则将当前柱子的索引入栈。 - 如果当前柱子的高度小于栈顶柱子的高度,则开始计算以栈顶柱子为高度的最大矩形面积。 - **计算宽度**:当从栈中弹一个柱子时,其左侧第一个比它矮的柱子是栈顶的下一个柱子,右侧第一个比它矮的柱子是当前柱子。根据这两个位置可以计算宽度。 - **更新最大面积**:每次计算一个新的矩形面积后,与当前最大面积比较并更新。 #### 4. 时间复杂度分析 - 每个柱子最多入栈一次、栈一次,因此时间复杂度为 O(n),其中 n 是柱子的数量[^3]。 #### 5. 示例 假设输入柱状图的高度为 `[2, 1, 5, 6, 2, 3]`,按照上述算法可以逐步计算最大矩形面积为 10。 --- ###
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