1. Maximal Square

  题目链接

  题目要求: 

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

  For example, given the following matrix:


  Return 4.

  在GeeksforGeeks有一个解决该问题的方法:

1) Construct a sum matrix S[R][C] for the given M[R][C].
a) Copy first row and first columns as it is from M[][] to S[][]
b) For other entries, use following expressions to construct S[][]
If M[i][j] is 1 then
S[i][j] = min(S[i][j-1], S[i-1][j], S[i-1][j-1]) + 1
Else /*If M[i][j] is 0*/
S[i][j] = 0
2) Find the maximum entry in S[R][C]
3) Using the value and coordinates of maximum entry in S[i], print
sub-matrix of M[][]

  构造完‘和矩阵S’后,我们只需求得该矩阵的最大值就可以了。

  为什么只需求得该最大值就可以了?而且相同的最大值可能有很多个。细想下式我们就会知道‘和矩阵S’中的每一个值表示的都是从其他节点(本结点左上)到本节点所能构成的最大正方形的边长长度。

S[i][j] = min(S[i][j-1], S[i-1][j], S[i-1][j-1]) + 1

  具体的程序如下:

 class Solution {
public:
int min(const int a, const int b, const int c)
{
int minVal = (a < b)?a:b;
return (minVal < c)?minVal:c;
} int maximalSquare(vector<vector<char>>& matrix) {
int rows = matrix.size();
if(rows == )
return ; int cols = matrix[].size();
if(cols == )
return ; int maxEdge = ;
vector<vector<int> > sum(rows, vector<int>(cols, ));
for(int i = ; i < rows; i++)
{
if(matrix[i][] == '')
{
sum[i][] = ;
maxEdge = ;
}
} for(int j = ; j < cols; j++)
{
if(matrix[][j] == '')
{
sum[][j] = ;
maxEdge = ;
}
} for(int i = ; i < rows; i++)
for(int j = ; j < cols; j++)
{
if(matrix[i][j] == '')
sum[i][j] = ;
else
sum[i][j] = min(sum[i-][j-], sum[i-][j], sum[i][j-]) + ; if(maxEdge < sum[i][j])
maxEdge = sum[i][j];
} return maxEdge * maxEdge;
}
};

  2.  Largest Rectangle in Histogram

  题目链接

  题目要求:

  Given n non-negative integers representing the histogram's bar height where the width of each bar is 1, find the area of largest rectangle in the histogram.

  

  Above is a histogram where width of each bar is 1, given height = [2,1,5,6,2,3].

  

  The largest rectangle is shown in the shaded area, which has area = 10 unit.

  For example,
  Given height = [2,1,5,6,2,3],
  return 10.

  这道题目实际上跟动态规划没有什么关系,之所以将其放在这里是因为其跟下一道题关系很大。该题解法参考自一博文,程序如下:

 class Solution {
public:
int largestRectangleArea(vector<int>& height) {
vector<int> s; int sz = height.size();
height.resize(++sz); int maxArea = ;
int i = ;
while(i < sz)
{
if(s.empty() || height[i] >= height[s.back()])
{
s.push_back(i);
i++;
}
else
{
int t = s.back();
s.pop_back();
maxArea = max(maxArea, height[t] * (s.empty() ? i : i - s.back() - ));
}
} return maxArea;
}
};

  该博文还照题目要求中的例子[2,1,5,6,2,3]解析了这个函数:

  首先,如果栈是空的,那么索引i入栈。那么第一个i=0就进去吧。注意栈内保存的是索引,不是高度。然后i++。

  

  然后继续,当i=1的时候,发现h[i]小于了栈内的元素,于是出栈。(由此可以想到,哦,看来stack里面只存放单调递增的索引)

  这时候stack为空,所以面积的计算是h[t] * i.t是刚刚弹出的stack顶元素。也就是蓝色部分的面积。

  

  继续。这时候stack为空了,继续入栈。注意到只要是连续递增的序列,我们都要keep pushing,直到我们遇到了i=4,h[i]=2小于了栈顶的元素。

  

  这时候开始计算矩形面积。首先弹出栈顶元素,t=3。即下图绿色部分。

  

  接下来注意到栈顶的(索引指向的)元素还是大于当前i指向的元素,于是出栈,并继续计算面积,桃红色部分。

  

  最后,栈顶的(索引指向的)元素大于了当前i指向的元素,循环继续,入栈并推动i前进。直到我们再次遇到下降的元素,也就是我们最后人为添加的dummy元素0.

  

  同理,我们计算栈内的面积。由于当前i是最小元素,所以所有的栈内元素都要被弹出并参与面积计算。

  

  注意我们在计算面积的时候已经更新过了maxArea。

  总结下,我们可以看到,stack中总是保持递增的元素的索引,然后当遇到较小的元素后,依次出栈并计算栈中bar能围成的面积,直到栈中元素小于当前元素。

  3. Maximal Rectangle

  题目链接

  题目要求:

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

  这道题的解决方法可以借鉴上题求直方图最大面积的方法,即我们把每一列当作直方图的每一列,输入则是每一列连续的‘1’的个数,具体程序如下:

 class Solution {
public:
int largestRectangleArea(vector<int>& height) {
vector<int> s; int sz = height.size();
height.resize(++sz); int maxArea = ;
int i = ;
while(i < sz)
{
if(s.empty() || height[i] >= height[s.back()])
{
s.push_back(i);
i++;
}
else
{
int t = s.back();
s.pop_back();
maxArea = max(maxArea, height[t] * (s.empty() ? i : i - s.back() - ));
}
} return maxArea;
} int maximalRectangle(vector<vector<char>>& matrix) {
int rows = matrix.size();
if(rows == )
return ;
int cols = matrix[].size(); vector<vector<int> > height(rows, vector<int>(cols, ));
for(int i = ; i < rows; i++)
for(int j = ; j < cols; j++)
{
if(matrix[i][j] != '')
height[i][j] = (i == ) ? : height[i-][j] + ;
} int maxArea = ;
for(int i = ; i < rows; i++)
maxArea = max(maxArea, largestRectangleArea(height[i])); return maxArea;
}
};

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