二维数组中的查找(算法技巧)

前言

算法的答案有很多,这里不再重复。本文侧重点在于解释思路和方法总结,以及重要的算法技巧。

题目:在一个二维数组中,每一行都按照从左到右递增的顺序排序,每一列都按照从上到下递增的顺序排序。请完成一个函数,输入这样的一个二维数组和一个整数,判断数组中是否含有该整数。
例如,下面的二维数组就是每行、每列都递增排序。如果在这个数组中查找数字7,则返回true;如果查找数字5,由于数组不含有该数字,则返回false。

1  2  8  9
2  4  9  12
4  7  10 13
6  8  11 15

技巧1: 反复扣题目的条件,尝试用不同的表达去理解题目的要求。
经过审题,这是一个np问题,我要需要在矩阵中判断整数k是否包含在里面,或者说k是否矩阵中的元素。

技巧2:提炼题目中的关键词。
通过审题提炼如下关键词:
“二维” “数组” “排序” “从左到右递增” “从上到下递增”
以上5个关键词意味着5个规律。
如果能够在算法上都用上,大概率可以实现一个高效率的算法,如果能够从中解读出新的规律并在算法中用上,那就更棒了。
从“排序”“数组”两个关键词,我们可以联想到二分查找,二分查找需要找到中间值,或者找到一个能把元素划分为两堆的值,然后递归二分查找的操作。

技巧3:使用具体例子来验证规律。
要找到一个值7,把矩阵分成两堆,你也许会想到那就找矩阵中间数,比如10,不妨试试。
结合这个是“二维数组”“递增”这两个关键词,找出规律。10比7大,那么我们要查找的数7肯定不在右下角的子区里面
10 13
11 15
也就是说7可能在下面这堆数据里面,你会突然发现,这压根不是矩阵,也就是递归在这一步用不上了,也找不到所谓中间值,怎么办呢?

1  2  8  9
2  4  9  12
4  7  
6  8  

技巧4: 利用回溯的思想解决你的难题
目前这种情况,你2个策略可以选择

  • 策略1: 试用你力所能及的智力,把这对数据变成一堆数据分割成矩形分布。
  • 策略2: 三十六计走为上策,从新选一个值在把最初的矩阵分成两个矩阵。回到这一步,你最好多选几个方案,因为上一回你也体验到了,不同的选位方案会影响迭代的难度。

*** 策略1: ***

1  2  8  9
2  4  9  12
4  7  
6  8  

面对这个东西你要划分出矩阵,其实不能,你可以从中间划分

1 2 8 9 
2 3 9 12
--------------
4  7  
6  8  

也可以划分成3个

1 2   | 8 9 
2 3   | 9 12
------ | ------
4  7  | 
6  8  |

然后我们对比这两个划分方案哪个更加合适,通过技巧3,你会发现明显,第二个方案好,因为他把矩阵在水平和垂直两个维度上实现了二分处理。充分利用了“二维数组排序”的特性,这个也是技巧1所强调的方法。

*** 策略2: ***
需要我们从新多选几个位置来划分堆,然后比较最有,基于策略1,我们有了充分利用“二维排序数组”特性的技巧后,我们知道,如果单纯选垂直方向上的点分成两堆数据,或者单纯选水平方向上的点分成两堆数据,明显不够明智。
如果单纯选垂直方向上的点划分如下

1  2  8  9
2  4  9  12
4  7  10 13
6  8  11 15
选8划分
1  2  | 8  9
2  4  | 9  12
4  7  | 10 13
6  8  | 11 15
再递归选2   以及  递归选 9
1  | 2                    8   |  9
2  | 4                    9   | 12
4  | 7                    10 | 13
6  | 8                    11 | 15

还有一个方案,就是一会儿切割水平,一会儿切割垂直

1  2  8  9
2  4  9  12
4  7  10 13
6  8  11 15
选8垂直划分
1  2  | 8  9
2  4  | 9  12
4  7  | 10 13
6  8  | 11 15
再递归选4 水平划分  以及  递归选 10水平划分
1   2                    8     9
2   4                    9    12
——                    ——
4   7                   10  13
6  8                    11 15

这个方案似乎也不错。

到目前为止似乎可以开始写代码了,但是这里我们并没有尝试所有可能的选位划分方案,如果可以,我们应该思考究竟还有多少种选为划分。然后对所有方案都尝试,也许我们就可以找到一个更加简洁的算法了。

我们需要知道一个矩阵有多个点位,最小的矩阵是:
二维矩阵是
a b
c d
他有四个点位,恰好就是角位a b c d。
再大一点的矩阵才有所谓的边中间位比如
a b c d e
f g h i j
k l m n o
p q r s t
u v w x y
边中间位为 c o w k 以及四个角为 a e y u 还有中间位 m
到目前为止我们以及尝试过从中间位和边中间位划分矩阵了,而角位我们没有试过。
事实上从角位e或者从较为u开始分割算法会意外的简洁,这个也是这道题目最优的方案了。这里不重复讲述具体怎么解了
自行谷歌: 谷歌: 二维数组中的查找 传送门

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