题目如下:(https://leetcode.com/problems/largest-rectangle-in-histogram/)

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.

题目似乎很简单,只要求出直方图中最大的矩形面积即可。然而最最单纯的O(n2)算法显然会跪(别人试过,我就不作死了……)。

有两类思路,分别如下:

Part One

提示说用栈,然而并没有想出如何使用。看懂别人的思路后再写,总觉得略微无聊……还是在此用自己的话复述一下吧。

(以下所有图片来自http://blog.csdn.net/doc_sgl/article/details/11805519

题目要求需要找面积最大的矩形,这个矩形的高为直方图中某柱高,我们可以认为矩形是由一个柱向两侧扩展得到的。

题中的直方图可以形象地理解为“波”,在一个波峰附近第一个高度下降的柱(下图中的t)会限制其左侧比它高的柱(记某柱为z)形成矩形的宽度,又由于t是该波峰第一个下降的柱形,故左侧比它高的柱z形成的矩形宽度为t与z横坐标之差(由于后续操作形成的波并不是连续的柱,此处实际上应为t-z前一个柱横坐标-1),这样就得到了一个矩形面积。

如上操作后,柱z已经完成了它的使命(已经求出由它形成的矩形的面积,左右的矮柱也不需要它的高度),当t左侧所有高柱都完成使命后,t成了相对高的柱,可以看作与前面的更矮的柱又在形成一个又矮又宽的波峰(图中阴影),遇到更矮的i之后,重复前面的操作即可得到所有柱生成的矩形的面积。

于是,我们可以用栈保存一串连续上升的柱(波上升的部分),当遇到矮柱时,求前面每个高柱形成的矩形的面积,然后将这个没用的高柱弹出。最后将矮柱压入,作为下一个波的上升部分。这个过程扫描一遍,算法复杂度为O(n)。

/************************如果觉得上面写的清晰可以忽略下面的部分**************************/

针对样例输入,可以进行如下分析:

1.将柱0压栈,。

2.柱1更矮,求柱0形成的矩形面积,将柱1压栈。

3.柱1柱2柱3高度递增,进栈。

4.柱4比2,3矮:柱3求面积,出栈;柱2求面积,出栈。

5.柱4柱5进栈。

6.最后求栈中剩余柱形成矩形的面积(相当于最后有一个高度为0的柱,使其前面的柱出栈)。

(似乎应该在这里再说一下,以上所有图片来自http://blog.csdn.net/doc_sgl/article/details/11805519 )//2015/11/13日补

/************************懂了上面,下面的代码其实不重要了**************************/

class Solution {
public:
int largestRectangleArea(vector<int>& height) { height.push_back(); //使最后栈中剩余柱出栈
stack<int> serHeight; //储存高度递增的柱的栈
int maxArea = ; //最大面积
int curArea = ; //当前矩形面积 for (int i = ; i < height.size(); i++)
{
if (serHeight.empty() || height[serHeight.top()] <= height[i]) //高度上升,进栈
{
serHeight.push(i);
}
else
{
//将高矩形出栈,求其生成的矩形面积
while (height[serHeight.top()] > height[i])
{
int cur = serHeight.top();
serHeight.pop();
if (serHeight.empty())
{
curArea = height[cur] * i;
maxArea = (maxArea > curArea) ? maxArea : curArea;
break;
}
curArea = height[cur] * (i - serHeight.top() - );
maxArea = (maxArea > curArea) ? maxArea : curArea;
} serHeight.push(i);
}
}
return maxArea;
}
};

Part Two

一个更容易想到的思路是先判断每个柱左右两边不比它矮的最远柱,然后可以更容易地算出由当前柱形成的矩形面积。

利用动态规划的思想,可以利用前面已确定的最远高柱更新当前需要找的柱。比如下面代码中若l[i]左边的l[i]-1比i还要高,那么可以用l[l[i] - 1]更新l[i],这样可以加快查找高柱的速度。

class Solution {
public:
int largestRectangleArea(vector<int>& height) {
int maxArea = ; //最大面积
int curArea = ; //当前面积
int s = height.size(); //柱形个数
int *l = new int[s]; //储存不比当前柱矮的最左端柱
int *r = new int[s]; //储存不比当前柱矮的最右端柱 //先找储存不比当前柱矮的最左端柱
for (int i = ; i < s; i++)
{
l[i] = i; //自己不比自己矮
//利用已存过的l[i]判断是否找到最左端
while (l[i] && height[l[i] - ] >= height[i])
{
l[i] = l[l[i] - ];
}
}
//再找储存不比当前柱矮的最右端柱
for (int i = s - ; i >= ; i--)
{
r[i] = i;
while ((r[i] - s + ) && height[r[i] + ] >= height[i])
{
r[i] = r[r[i] + ];
}
}
//计算由当前柱生成的矩形面积,更新最大面积
for (int i = ; i < s; i++)
{
curArea = height[i] * (r[i] - l[i] +);
maxArea = (maxArea > curArea) ? maxArea : curArea;
} return maxArea;
}
}

附:

日常膜:http://www.cnblogs.com/lustralisk/p/branch-3.html

生日快乐:http://blog.sina.com.cn/s/blog_1495db3970102w3f8.html

 

 

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