【数据结构和算法】盛最多水的容器

简介: 给定一个长度为n的整数数组height。有n条垂线,第i条线的两个端点是(i, 0)和(i, height[i])。找出其中的两条线,使得它们与x轴共同构成的容器可以容纳最多的水。返回容器可以储存的最大水量。说明:你不能倾斜容器。

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前言

一、题目描述

二、题解

2.1 方法一:暴力枚举

2.2 方法二:双指针

三、代码

3.1 方法一:暴力枚举

3.2 方法二:双指针

四、复杂度分析

4.1 方法一:暴力枚举

4.2 方法二:双指针


前言

这是力扣的 11 题,难度为中等,解题方案有很多种,本文讲解我认为最奇妙的两种。


一、题目描述

给定一个长度为 n 的整数数组 height 。有 n 条垂线,第 i 条线的两个端点是 (i, 0)(i, height[i])

找出其中的两条线,使得它们与 x 轴共同构成的容器可以容纳最多的水。

返回容器可以储存的最大水量。

说明:你不能倾斜容器。

示例 1:

image.gif编辑

输入:[1,8,6,2,5,4,8,3,7]

输出:49

解释:图中垂直线代表输入数组 [1,8,6,2,5,4,8,3,7]。在此情况下,容器能够容纳水(表示为蓝色部分)的最大值为 49。

示例 2:

输入:height = [1,1]

输出:1


提示:

    • n == height.length
    • 2 <= n <= 105
    • 0 <= height[i] <= 104

    二、题解

    2.1 方法一:暴力枚举

    思路与算法:

    顾名思义,暴力枚举,设定两个循环。

      • 第一个循环,循环左挡板。
      • 第二个循环,循环右挡板。

      每次计算 area ,存入 maxArea 。

      面积公式:S(i,j)=min(h[ i ] ,h[ j ])×(j−i)

      2.2 方法二:双指针

      思路与算法:

      在每个状态下,无论长板或短板向中间收窄一格,都会导致水槽 底边宽度 −1 变短:

        • 若向内 移动短板 ,水槽的短板 min(h[i],h[j]) 可能变大,因此下个水槽的面积 可能增大 。
        • 若向内 移动长板 ,水槽的短板 min(h[i],h[j]) 不变或变小,因此下个水槽的面积 一定变小 。

        因此,初始化双指针分列水槽左右两端,循环每轮将短板向内移动一格,并更新面积最大值,直到两指针相遇时跳出;即可获得最大面积。

        算法流程

          1. 初始化: 双指针 i , j 分列水槽左右两端;
          2. 循环收窄: 直至双指针相遇时跳出;
          3. 更新面积最大值 res ;
          4. 选定两板高度中的短板,向中间收窄一格;
          5. 返回值: 返回面积最大值 res 即可;

          三、代码

          3.1 方法一:暴力枚举

          Java版本:

          class Solution {
              public int maxArea(int[] height) {
                  int n = height.length, max = 0, area;
                  for (int i = 0; i < n; i++) {
                      for (int j = 0; j < n; j++) {
                          area = Math.min(height[i], height[j]) * (j - i);
                          if (area > max) max = area;
                      }
                  }
                  return max;
              }
          }

          image.gif

          C++版本:

          class Solution {
          public:
              int maxArea(vector<int>& height) {
                  int n = height.size(), maxArea = 0;
                  for (int i = 0; i < n; i++) {
                      for (int j = i + 1; j < n; j++) {
                          int area = min(height[i], height[j]) * (j - i);
                          maxArea = max(maxArea, area);
                      }
                  }
                  return maxArea;
              }
          };

          image.gif

          Python版本:

          class Solution:
              def maxArea(self, height: List[int]) -> int:
                  n = len(height)
                  max_area = 0
                  for i in range(n):
                      for j in range(i+1, n):
                          area = min(height[i], height[j]) * (j - i)
                          max_area = max(max_area, area)
                  return max_area

          image.gif

          3.2 方法二:双指针

          Java版本(易懂版):

          class Solution {
              public int maxArea(int[] height) {
                  int i = 0, j = height.length - 1, max = 0, area;
                  while (i != j) {
                      area = Math.min(height[i], height[j]) * (j - i);
                      if (area > max) max = area;
                      if (height[i] < height[j]) {
                          i++;
                      } else {
                          j--;
                      }
                  }
                  return max;
              }
          }

          image.gif

          Java版本(优化版):

          class Solution {
              public int maxArea(int[] height) {
                  int i = 0, j = height.length - 1, max = 0;
                  while (i != j) {
                      max = height[i] < height[j] ?
                              Math.max(max, (j - i) * height[i++]) : Math.max(max, (j - i) * height[j--]);
                  }
                  return max;
              }
          }

          image.gif

          C++版本:

          class Solution {
          public:
              int maxArea(vector<int>& height) {
                  int i = 0, j = height.size() - 1, max_area = 0;
                  while (i < j) {
                      max_area = max(max_area, (j - i) * min(height[i], height[j]));
                      if (height[i] < height[j]) {
                          i++;
                      } else {
                          j--;
                      }
                  }
                  return max_area;
              }
          };

          image.gif

          Python版本:

          class Solution:
              def maxArea(self, height: List[int]) -> int:
                  i, j, max_area = 0, len(height) - 1, 0
                  while i < j:
                      max_area = max(max_area, (j - i) * min(height[i], height[j]))
                      if height[i] < height[j]:
                          i += 1
                      else:
                          j -= 1
                  return max_area

          image.gif


          四、复杂度分析

          4.1 方法一:暴力枚举

            • 时间复杂度 O(N^2)
            • 空间复杂度 O(1)

            4.2 方法二:双指针

              • 时间复杂度 O(N) : 双指针遍历一次底边宽度 N 。
              • 空间复杂度 O(1) : 变量 i , j , res 使用常数额外空间。
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