leetcode 84 Largest Rectangle in Histogram

本文介绍了一种求解直方图中最大矩形面积的有效算法。通过使用栈来跟踪元素,该算法能在O(n)的时间复杂度内找到给定直方图中最大的矩形区域。文章还提供了C++及Python实现代码示例。

Given an array of integers heights representing the histogram's bar height where the width of each bar is 1, return the area of the largest rectangle in the histogram.

Example 1:

Input: heights = [2,1,5,6,2,3]
Output: 10
Explanation: The above is a histogram where width of each bar is 1.
The largest rectangle is shown in the red area, which has an area = 10 units.

Example 2:

Input: heights = [2,4]
Output: 4

Constraints:

  • 1 <= heights.length <= 105
  • 0 <= heights[i] <= 104

-------------------------------------------

This is an excellent problem. Two difficulties in this problem:

  1. Forget to record the start_off
  2. Confuse with problem Leetcode 42 407 Trapping Rain Water I II 双指针
class Solution {
 public:
  int largestRectangleArea(vector<int> &height) {
    // Note: The Solution object is instantiated only once and is reused by each test case.
    stack<int> S;
    int i, sum = 0, cursum = 0;
    height.push_back(0);
    for (i = 0; i < height.size(); ++i) {
      if (S.empty() || (!S.empty() && height[i] >= height[S.top()]))
        S.push(i);    
      else {
        int stackmax = S.top();
        S.pop();
        if (S.empty())
          cursum = height[stackmax] * i;
        else
          cursum = height[stackmax] * (i - S.top() - 1);
        
        if (cursum > sum)
          sum = cursum;
        --i;
      }
    }
    return sum;
  }
};

Python version:

class Solution:
    def largestRectangleArea(self, heights: List[int]) -> int:
        l = len(heights)
        max_area = 0
        sta = []
        for i in range(l):
            start_off = i
            while sta and heights[i] < sta[-1][0]:
                prev_height, start_off = sta.pop()
                max_area = max(max_area, prev_height*(i-start_off))
            sta.append((heights[i],start_off))
        while sta:
            prev_height, start_off = sta.pop()
            max_area = max(max_area, prev_height*(l-start_off))
        return max_area

LeetCode84 题的题目名称是: ## **Largest Rectangle in Histogram**(直方图中最大的矩形) --- ### 🔹题目描述: 给定一个非负整数数组 `heights`,它表示直方图中每个柱子的高度,每个柱子的宽度为 1。请你找出能围成的**最大矩形的面积**。 --- ### 🔹示例: ```text 输入: [2,1,5,6,2,3] 输出: 10 ``` 解释: 最大的矩形是由高度为 5 和 6 的两个柱子组成的,宽度为 2,面积 = 5 * 2 = 10。 --- ### 🔹解法思路: 这是一道非常经典的使用 **单调栈(Monotonic Stack)** 解决的问题,可以在 **O(n)** 时间内解决。 基本思路是: - 维护一个单调递增栈,栈中保存的是柱子的索引。 - 遇到一个比栈顶柱子矮的柱子时,说明当前栈顶柱子的“右边界”找到了,可以计算以它为高的最大矩形。 - 每个柱子只会进栈一次、出栈一次,保证了时间复杂度为 O(n)。 --- ### 🔹C++ 实现代码: ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <stack> using namespace std; int largestRectangleArea(vector<int>& heights) { stack<int> s; int maxArea = 0; heights.push_back(0); // 添加一个0,确保最后所有元素都会被处理 for (int i = 0; i < heights.size(); ++i) { while (!s.empty() && heights[i] < heights[s.top()]) { int height = heights[s.top()]; s.pop(); int width = s.empty() ? i : i - s.top() - 1; maxArea = max(maxArea, height * width); } s.push(i); } return maxArea; } int main() { vector<int> heights = {2,1,5,6,2,3}; cout << "最大矩形面积是: " << largestRectangleArea(heights) << endl; return 0; } ``` --- ### 🔹相关问题: 这个问题是很多类似问题的基础,例如: - 🧩 LeetCode 85. Maximal Rectangle(最大矩形,二维扩展) - 🧩 LeetCode 2560. 打家劫舍 IV(使用二分+DP,类似最大最小策略) - 🧩 POJ 2559 Largest Rectangle in Histogram(本题的经典原始版本) --- ### 🔹总结: | 项目 | 内容 | |------|------| | 难度 | 困难 | | 算法 | 单调栈 | | 时间复杂度 | O(n) | | 空间复杂度 | O(n) | | 相关题号 | LeetCode 85, 2560, 962 | --- ###
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