最大正方形问题

暴力法:

由于正方形的面积等于边长的平方,因此要找到最大正方形的面积,首先需要找到最大正方形的边长,然后计算最大边长的平方即可。

暴力法是最简单直观的做法,具体做法如下:

遍历矩阵中的每个元素,每次遇到 11,则将该元素作为正方形的左上角;

确定正方形的左上角后,根据左上角所在的行和列计算可能的最大正方形的边长(正方形的范围不能超出矩阵的行数和列数),在该边长范围内寻找只包含 11 的最大正方形;

每次在下方新增一行以及在右方新增一列,判断新增的行和列是否满足所有元素都是 11。

作者:LeetCode-Solution
链接:https://leetcode-cn.com/problems/maximal-square/solution/zui-da-zheng-fang-xing-by-leetcode-solution/
来源:力扣(LeetCode)
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。

class Solution {
public:
    int maximalSquare(vector<vector<char>>& matrix) {
        if (matrix.size() == 0 || matrix[0].size() == 0) {
            return 0;
        }
        int maxSide = 0;
        int rows = matrix.size(), columns = matrix[0].size();
        for (int i = 0; i < rows; i++) {
            for (int j = 0; j < columns; j++) {
                if (matrix[i][j] == '1') {
                    // 遇到一个 1 作为正方形的左上角
                    maxSide = max(maxSide, 1);
                    // 计算可能的最大正方形边长
                    int currentMaxSide = min(rows - i, columns - j);
                    for (int k = 1; k < currentMaxSide; k++) {
                        // 判断新增的一行一列是否均为 1
                        bool flag = true;
                        //判断对角线
                        if (matrix[i + k][j + k] == '0') {
                            break;
                        }
                        //判断新增的一行一列
                        for (int m = 0; m < k; m++) {
                            if (matrix[i + k][j + m] == '0' || matrix[i + m][j + k] == '0') {
                                flag = false;
                                break;
                            }
                        }
                        if (flag) {
                            maxSide = max(maxSide, k + 1);
                        } else {
                            break;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        int maxSquare = maxSide * maxSide;
        return maxSquare;
    }
};

作者:LeetCode-Solution
链接:https://leetcode-cn.com/problems/maximal-square/solution/zui-da-zheng-fang-xing-by-leetcode-solution/
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方法二:动态规划
方法一虽然直观,但是时间复杂度太高,有没有办法降低时间复杂度呢?


可以使用动态规划降低时间复杂度。我们用dp(i,j) 表示以 (i,j) 为右下角,且只包含 1的正方形的边长最大值。如果我们能计算出所有dp(i,j) 的值,那么其中的最大值即为矩阵中只包含 1 的正方形的边长最大值,其平方即为最大正方形的面积。


那么如何计算 dp 中的每个元素值呢?对于每个位置(i,j),检查在矩阵中该位置的值:


如果该位置的值是 0,则dp(i,j)=0,因为当前位置不可能在由 1 组成的正方形中;


如果该位置的值是 1,则 dp(i,j) 的值由其上方、左方和左上方的三个相邻位置的 dp 值决定。具体而言,当前位置的元素值等于三个相邻位置的元素中的最小值加 1,状态转移方程如下:

dp(i,j)=min(dp(i−1,j),dp(i−1,j−1),dp(i,j−1))+1


如果读者对这个状态转移方程感到不解,可以参考 1277. 统计全为 1 的正方形子矩阵的官方题解,其中给出了详细的证明。


此外,还需要考虑边界条件。如果 i 和 j中至少有一个为 0,则以位置 (i,j) 为右下角的最大正方形的边长只能是 1,因此 dp(i,j)=1。


作者:LeetCode-Solution
链接:https://leetcode-cn.com/problems/maximal-square/solution/zui-da-zheng-fang-xing-by-leetcode-solution/
来源:力扣(LeetCode)
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。


 

class Solution {
public:
    int maximalSquare(vector<vector<char>>& matrix) {
        if (matrix.size() == 0 || matrix[0].size() == 0) {
            return 0;
        }
        int maxSide = 0;
        int rows = matrix.size(), columns = matrix[0].size();
        vector<vector<int>> dp(rows, vector<int>(columns));
        for (int i = 0; i < rows; i++) {
            for (int j = 0; j < columns; j++) {
                if (matrix[i][j] == '1') {
                    if (i == 0 || j == 0) {
                        dp[i][j] = 1;
                    } else {
                        dp[i][j] = min(min(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;
                    }
                    maxSide = max(maxSide, dp[i][j]);
                }
            }
        }
        int maxSquare = maxSide * maxSide;
        return maxSquare;
    }
};

作者:LeetCode-Solution
链接:https://leetcode-cn.com/problems/maximal-square/solution/zui-da-zheng-fang-xing-by-leetcode-solution/
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矩形中的正方形数量代码也贴上,基本一样
class Solution {
public:
    int countSquares(vector<vector<int>>& matrix) {
        int m = matrix.size(), n = matrix[0].size();
        vector<vector<int>> f(m, vector<int>(n));
        int ans = 0;
        for (int i = 0; i < m; ++i) {
            for (int j = 0; j < n; ++j) {
                if (i == 0 || j == 0) {
                    f[i][j] = matrix[i][j];
                }
                else if (matrix[i][j] == 0) {
                    f[i][j] = 0;
                }
                else {
                    f[i][j] = min(min(f[i][j - 1], f[i - 1][j]), f[i - 1][j - 1]) + 1;
                }
                ans += f[i][j];
            }
        }
        return ans;
    }
};

作者:LeetCode-Solution
链接:https://leetcode-cn.com/problems/count-square-submatrices-with-all-ones/solution/tong-ji-quan-wei-1-de-zheng-fang-xing-zi-ju-zhen-2/
来源:力扣(LeetCode)
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只能说太强了、、

 


 

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