LeetCode Maximal Rectangle(dp)

本文介绍了一种通过动态规划解决二维矩阵中最大矩形面积问题的方法,详细解释了状态转移方程及其应用。


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

题意:给出一个由字符0和1组成的二维字符数组,找到最大的矩阵,其所有字符为1

思路:动态规划,用left[n]表示所在行的第n个元素的左边界为1的下标,right[n]表示所在行的第n个元素的右边界的下标,height[n]表示所在行的第n个位置连续1的个数,即高度

         状态转移方程为

         left[n] = max{left[n], cur_left}

         right[n] = min{right[n], cur_right}

         height[n] = height[n] + 1 if matrix[row][col] = 1

  代码如下:

class Solution {
    public int maximalRectangle(char[][] matrix) {
        int row = matrix.length;
        if (row == 0) return 0;

        int col = matrix[0].length;
        int[] left = new int[col];
        int[] right = new int[col];
        int[] height = new int[col];

        Arrays.fill(right, col);

        int res = 0;
        for (int i = 0; i < row; i++)
        {
            for (int j = 0; j < col; j++)
            {
                if (matrix[i][j] == '1') height[j]++;
                else height[j] = 0;
            }

            int cur_left = 0;
            for (int j = 0; j < col; j++)
            {
                if (matrix[i][j] == '1') left[j] = Math.max(left[j], cur_left);
                else {
                    left[j] = 0;
                    cur_left = j + 1;
                }
            }

            int cur_right = col;
            for (int j = col - 1; j >= 0; j--)
            {
                if (matrix[i][j] == '1') right[j] = Math.min(right[j], cur_right);
                else {
                    right[j] = col;
                    cur_right = j;
                }
            }

            for (int j = 0; j < col; j++)
            {
                res = Math.max(res, (right[j] - left[j]) * height[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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