关于算法:一文秒杀三道区间集合题目

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读完本文,你不仅学会了算法套路,还能够顺便去 LeetCode 上拿下如下题目:

1288. 删除被笼罩区间

56. 区间合并

986. 区间列表的交加

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常常有读者问区间相干的问题,明天写一篇文章,秒杀三道区间相干的问题。

所谓区间问题,就是线段问题,让你合并所有线段、找出线段的交加等等。次要有两个技巧:

1、排序。常见的排序办法就是依照区间终点排序,或者先依照终点升序排序,若终点雷同,则依照起点降序排序。当然,如果你非要依照起点排序,无非对称操作,实质都是一样的。

2、画图。就是说不要偷懒,勤入手,两个区间的绝对地位到底有几种可能,不同的绝对地位咱们的代码应该怎么去解决。

废话不多说,上面咱们来做题。

区间笼罩问题

这是力扣第 1288 题,看下题目:

题目问咱们,去除被笼罩区间之后,还剩下多少区间,那么咱们能够先算一算,被笼罩区间有多少个,而后和总数相减就是残余区间数

对于这种区间问题,如果没啥脉络,首先排个序看看,比方咱们依照区间的终点进行升序排序:

排序之后,两个相邻区间可能有如下三种绝对地位:

对于这三种状况,咱们应该这样解决:

对于状况一,找到了笼罩区间。

对于状况二,两个区间能够合并,成一个大区间。

对于状况三,两个区间齐全不相交。

根据几种状况,咱们能够写出如下代码:

int removeCoveredIntervals(int[][] intvs) {
    // 依照终点升序排列,终点雷同时降序排列
    Arrays.sort(intvs, (a, b) -> {if (a[0] == b[0]) {return b[1] - a[1];
        }
        return a[0] - b[0]; 
    });

    // 记录合并区间的终点和起点
    int left = intvs[0][0];
    int right = intvs[0][1];
    
    int res = 0;
    for (int i = 1; i < intvs.length; i++) {int[] intv = intvs[i];
        // 状况一,找到笼罩区间
        if (left <= intv[0] && right >= intv[1]) {res++;}
        // 状况二,找到相交区间,合并
        if (right >= intv[0] && right <= intv[1]) {right = intv[1];
        }
        // 状况三,齐全不相交,更新终点和起点
        if (right < intv[0]) {left = intv[0];
            right = intv[1];
        }
    }
    
    return intvs.length - res;
}

以上就是本题的解法代码,终点升序排列,起点降序排列的目标是避免如下状况:

对于这两个终点雷同的区间,咱们须要保障长的那个区间在下面(依照起点降序),这样才会被断定为笼罩,否则会被谬误地断定为相交,少算一个笼罩区间。

区间合并问题

力扣第 56 题就是一道相干问题,题目很好了解:

咱们解决区间问题的个别思路是先排序,而后察看法则。

一个区间能够示意为 [start, end],前文聊的区间调度问题,须要按 end 排序,以便满足贪婪抉择性质。而对于区间合并问题,其实按 endstart 排序都能够,不过为了清晰起见,咱们抉择按 start 排序。

显然,对于几个相交区间合并后的后果区间 xx.start 肯定是这些相交区间中 start 最小的,x.end 肯定是这些相交区间中 end 最大的。

因为曾经排了序,x.start 很好确定,求 x.end 也很容易,能够类比在数组中找最大值的过程:

int max_ele = arr[0];
for (int i = 1; i < arr.length; i++) 
    max_ele = max(max_ele, arr[i]);
return max_ele;

而后就能够写出残缺代码

# intervals 形如 [[1,3],[2,6]...]
def merge(intervals):
    if not intervals: return []
    # 按区间的 start 升序排列
    intervals.sort(key=lambda intv: intv[0])
    res = []
    res.append(intervals[0])
    
    for i in range(1, len(intervals)):
        curr = intervals[i]
        # res 中最初一个元素的援用
        last = res[-1]
        if curr[0] <= last[1]:
            # 找到最大的 end
            last[1] = max(last[1], curr[1])
        else:
            # 解决下一个待合并区间
            res.append(curr)
    return res

区间交加问题

先看下题目,力扣第 986 题就是这个问题:

题目很好了解,就是让你找交加,留神区间都是闭区间。

解决区间问题的思路个别是先排序,以便操作,不过题目说曾经排好序了,那么能够用两个索引指针在 AB 中游走,把交加找进去,代码大略是这样的:

# A, B 形如 [[0,2],[5,10]...]
def intervalIntersection(A, B):
    i, j = 0, 0
    res = []
    while i < len(A) and j < len(B):
        # ...
        j += 1
        i += 1
    return res

不难,咱们先老老实实剖析一下各种状况。

首先,对于两个区间 ,咱们用 [a1,a2][b1,b2] 示意在 AB 中的两个区间,那么什么状况下这两个区间 没有交加 呢:

只有这两种状况,写成代码的条件判断就是这样:

if b2 < a1 or a2 < b1:
    [a1,a2] 和 [b1,b2] 无交加

那么,什么状况下,两个区间存在交加呢?依据命题的否定,下面逻辑的否命题就是存在交加的条件:

# 不等号取反,or 也要变成 and
if b2 >= a1 and a2 >= b1:
    [a1,a2] 和 [b1,b2] 存在交加

接下来,两个区间存在交加的状况有哪些呢?穷举进去:

这很简略吧,就这四种状况而已。那么接下来思考,这几种状况下,交加是否有什么共同点呢?

咱们惊奇地发现,交加区间是有法则的!如果交加区间是 [c1,c2],那么 c1=max(a1,b1)c2=min(a2,b2)!这一点就是寻找交加的外围,咱们把代码更进一步:

while i < len(A) and j < len(B):
    a1, a2 = A[i][0], A[i][1]
    b1, b2 = B[j][0], B[j][1]
    if b2 >= a1 and a2 >= b1:
        res.append([max(a1, b1), min(a2, b2)])
    # ...

最初一步,咱们的指针 ij 必定要后退(递增)的,什么时候应该后退呢?

联合动画示例就很好了解了,是否后退,只取决于 a2b2 的大小关系:

while i < len(A) and j < len(B):
    # ...
    if b2 < a2:
        j += 1
    else:
        i += 1

以此思路写出代码:

# A, B 形如 [[0,2],[5,10]...]
def intervalIntersection(A, B):
    i, j = 0, 0 # 双指针
    res = []
    while i < len(A) and j < len(B):
        a1, a2 = A[i][0], A[i][1]
        b1, b2 = B[j][0], B[j][1]
        # 两个区间存在交加
        if b2 >= a1 and a2 >= b1:
            # 计算出交加,退出 res
            res.append([max(a1, b1), min(a2, b2)])
        # 指针后退
        if b2 < a2: j += 1
        else:       i += 1
    return res

总结一下,区间类问题看起来都比较复杂,状况很多难以解决,但实际上通过观察各种不同状况之间的共性能够发现法则,用简洁的代码就能解决。

正文完
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