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元素和小于等于阈值的正方形的最大边长

给你一个大小为 m x n 的矩阵 mat 和一个整数阈值 threshold 。 请你返回元素总和小于或等于阈值的正方形区域的最大边长;如果没有这样的正方形区域,则返回 0 。 示例 1: 输入: mat = [[1,1,3,2,4,3,2],[1,1,3,2,4,3,2],[1,1,3,2,4,…

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答案摘要

我们可以先预处理得到二维前缀和数组 ,其中 $s[i + 1][j + 1]$ 表示矩阵 中从 $(0, 0)$ 到 $(i, j)$ 的元素和,那么对于任意的正方形区域,我们都可以在 的时间内得到其元素和。 接下来,我们可以使用二分查找的方法得到最大的边长。我们枚举正方形的边长 ,然后枚举正方形的左上角位置 $(i, j)$,那么我们可以得到正方形的元素和 ,如果 $v \leq thres…

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题目描述

给你一个大小为 m x n 的矩阵 mat 和一个整数阈值 threshold

请你返回元素总和小于或等于阈值的正方形区域的最大边长;如果没有这样的正方形区域,则返回
 

示例 1:

输入:mat = [[1,1,3,2,4,3,2],[1,1,3,2,4,3,2],[1,1,3,2,4,3,2]], threshold = 4
输出:2
解释:总和小于或等于 4 的正方形的最大边长为 2,如图所示。

示例 2:

输入:mat = [[2,2,2,2,2],[2,2,2,2,2],[2,2,2,2,2],[2,2,2,2,2],[2,2,2,2,2]], threshold = 1
输出:0

 

提示:

  • m == mat.length
  • n == mat[i].length
  • 1 <= m, n <= 300
  • 0 <= mat[i][j] <= 104
  • 0 <= threshold <= 105 
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解题思路

方法一:二维前缀和 + 二分查找

我们可以先预处理得到二维前缀和数组 ss,其中 s[i+1][j+1]s[i + 1][j + 1] 表示矩阵 matmat 中从 (0,0)(0, 0)(i,j)(i, j) 的元素和,那么对于任意的正方形区域,我们都可以在 O(1)O(1) 的时间内得到其元素和。

接下来,我们可以使用二分查找的方法得到最大的边长。我们枚举正方形的边长 kk,然后枚举正方形的左上角位置 (i,j)(i, j),那么我们可以得到正方形的元素和 vv,如果 vthresholdv \leq threshold,那么说明存在边长为 kk 的正方形区域的元素和小于或等于阈值,否则不存在。

时间复杂度 O(m×n×logmin(m,n))O(m \times n \times \log \min(m, n)),空间复杂度 O(m×n)O(m \times n)

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class Solution:
    def maxSideLength(self, mat: List[List[int]], threshold: int) -> int:
        def check(k: int) -> bool:
            for i in range(m - k + 1):
                for j in range(n - k + 1):
                    v = s[i + k][j + k] - s[i][j + k] - s[i + k][j] + s[i][j]
                    if v <= threshold:
                        return True
            return False

        m, n = len(mat), len(mat[0])
        s = [[0] * (n + 1) for _ in range(m + 1)]
        for i, row in enumerate(mat, 1):
            for j, x in enumerate(row, 1):
                s[i][j] = s[i - 1][j] + s[i][j - 1] - s[i - 1][j - 1] + x
        l, r = 0, min(m, n)
        while l < r:
            mid = (l + r + 1) >> 1
            if check(mid):
                l = mid
            else:
                r = mid - 1
        return l
speed

复杂度分析

指标
时间Depends on the final approach
空间Depends on the final approach
psychology

面试官常问的追问

外企场景
  • question_mark

    Tests the candidate's understanding of binary search in a 2D matrix context.

  • question_mark

    Evaluates how the candidate uses optimization techniques like prefix sums and sliding window.

  • question_mark

    Assesses problem-solving skills under constraints with a focus on space-time trade-offs.

warning

常见陷阱

外企场景
  • error

    Failing to optimize sum calculation by not using a prefix sum array.

  • error

    Not correctly implementing binary search over the possible side lengths, which could lead to inefficient solutions.

  • error

    Misunderstanding the use of sliding window in conjunction with the prefix sum array.

swap_horiz

进阶变体

外企场景
  • arrow_right_alt

    Modifying the threshold value to test performance with different limits.

  • arrow_right_alt

    Using different matrix configurations like sparse or fully populated matrices.

  • arrow_right_alt

    Adding constraints on the number range of matrix elements or threshold.

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常见问题

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元素和小于等于阈值的正方形的最大边长题解:二分·搜索·答案·空间 | LeetCode #1292 中等