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2023-07-26 03:15:53 +08:00
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@@ -7,7 +7,9 @@ status: new
!!! question
输入一个数组 $ht$ ,数组中的每个元素代表一个垂直隔板的高度。数组中的任意两个隔板,以及它们之间的空间可以组成一个容器。容器的容量等于高度和宽度的乘积(即面积),其中高度由较短的隔板决定,宽度是两个隔板的数组索引之差。
输入一个数组 $ht$ ,数组中的每个元素代表一个垂直隔板的高度。数组中的任意两个隔板,以及它们之间的空间可以组成一个容器。
容器的容量等于高度和宽度的乘积(即面积),其中高度由较短的隔板决定,宽度是两个隔板的数组索引之差。
请在数组中选择两个隔板,使得组成的容器的容量最大,返回最大容量。
@@ -17,7 +19,7 @@ status: new
容器由任意两个隔板围成,**因此本题的状态为两个隔板的索引,记为 $[i, j]$** 。
根据定义,容量等于高度乘以宽度,其中高度由短板决定,宽度是两隔板的索引之差。设容量为 $cap[i, j]$ ,可得计算公式:
根据题意,容量等于高度乘以宽度,其中高度由短板决定,宽度是两隔板的索引之差。设容量为 $cap[i, j]$ 可得计算公式:
$$
cap[i, j] = \min(ht[i], ht[j]) \times (j - i)
@@ -27,13 +29,13 @@ $$
### 贪心策略确定
当然,这道题还有更高效率的解法。如下图所示,现选取一个状态 $[i, j]$ ,其满足索引 $i < j$ 且高度 $ht[i] < ht[j]$ ,即 $i$ 为短板、 $j$ 为长板。
这道题还有更高效率的解法。如下图所示,现选取一个状态 $[i, j]$ ,其满足索引 $i < j$ 且高度 $ht[i] < ht[j]$ ,即 $i$ 为短板、 $j$ 为长板。
![初始状态](max_capacity_problem.assets/max_capacity_initial_state.png)
<p align="center"> Fig. 初始状态 </p>
我们发现,**如果将长板 $j$ 向短板 $i$ 靠近,则容量一定变小**。这是因为在移动长板 $j$ 后:
我们发现,**如果此时将长板 $j$ 向短板 $i$ 靠近,则容量一定变小**。这是因为在移动长板 $j$ 后:
- 宽度 $j-i$ 肯定变小;
- 高度由短板决定,因此高度只可能不变( $i$ 仍为短板)或变小(移动后的 $j$ 成为短板);
@@ -42,7 +44,7 @@ $$
<p align="center"> Fig. 向内移动长板后的状态 </p>
反向思考,**我们只有向内收缩短板 $i$ ,才有可能使容量变大**。因为虽然宽度一定变小,**但高度可能会变大**(移动后的短板 $i$ 变长)。
反向思考,**我们只有向内收缩短板 $i$ ,才有可能使容量变大**。因为虽然宽度一定变小,**但高度可能会变大**(移动后的短板 $i$ 可能会变长)。
![向内移动长板后的状态](max_capacity_problem.assets/max_capacity_moving_short_board.png)
@@ -84,7 +86,9 @@ $$
### 代码实现
如下代码所示,循环最多 $n$ 轮,**因此时间复杂度为 $O(n)$** 。变量 $i$ , $j$ , $res$ 使用常数大小额外空间,**因此空间复杂度为 $O(1)$**
代码循环最多 $n$ 轮,**因此时间复杂度为 $O(n)$** 。
变量 $i$ , $j$ , $res$ 使用常数大小额外空间,**因此空间复杂度为 $O(1)$** 。
=== "Java"
@@ -248,7 +252,7 @@ $$
之所以贪心比穷举更快,是因为每轮的贪心选择都会“跳过”一些状态。
比如在状态 $cap[i, j]$ 下,$i$ 为短板、$j$ 为长板。若贪心地将短板 $i$ 向内移动一格,会导致以下状态被“跳过”**意味着之后无法验证这些状态的容量大小**。
比如在状态 $cap[i, j]$ 下,$i$ 为短板、$j$ 为长板。若贪心地将短板 $i$ 向内移动一格,会导致以下状态被“跳过”**意味着之后无法验证这些状态的容量大小**。
$$
cap[i, i+1], cap[i, i+2], \cdots, cap[i, j-2], cap[i, j-1]
@@ -258,8 +262,6 @@ $$
<p align="center"> Fig. 移动短板导致被跳过的状态 </p>
观察发现,**这些被跳过的状态实际上就是将长板 $j$ 向内移动的所有状态**。而在第二步中,我们已经证明内移长板一定会导致容量变小也就是说这些被跳过的状态的容量一定更小
也就是说,被跳过的状态都不可能是最优解,**跳过它们不会导致错过最优解**。
观察发现,**这些被跳过的状态实际上就是将长板 $j$ 向内移动的所有状态**。而在第二步中,我们已经证明内移长板一定会导致容量变小也就是说被跳过的状态都不可能是最优解,**跳过它们不会导致错过最优解**
以上的分析说明,**移动短板的操作是“安全”的**,贪心策略是有效的。