思路:这道题无法使用分治法和动态规划法,要想得到O(n)的解法只能使用双指针。
1.本题中双指针的含义:指针每一次移动,都意味着排除掉了一个柱子。
2.举例:
(1)如下图所示,在一开始考虑相距最远的两个柱子所能容纳水的面积。水的宽度是两根柱子之间的距离d = 8,水的高度取决于两根柱子之间较短的那个,即左边柱子的高度h = 3。因此水的面积为3×8=24。
(2)如果选择固定一根柱子,另外一根变化,水的面积会如何变化?
(a)当前柱子是最两侧的柱子,水的宽度d为最大,其他的组合水的宽度都比这个小。
(b)左边的柱子较短,决定了水的高度为3。如果移动左边的柱子,新的水面高度不确定,但一定不会超过右边柱子的高度7。
(c)如果移动右边的柱子,新的水面高度一定不会超过左边柱子的高度3,也就是不会超过现在水面的高度。
(3)过程推导:
(a)由(2)推理可知,如果固定左边的柱子,移动右边的柱子,那么水的高度一定不会增加,且宽度一定减少,所以水的面积一定减少。因此左边柱子和任意一个其他柱子的组合都可以排除了。因此可以排除掉左边的柱子了。
(b)同理,若右边的柱子更小,那么右边柱子和任意一个其他柱子的组合都可以排除了。因此可以排除掉右边的柱子了。
(c)随着不断的排除,i和j都会往中间移动,当i和j相遇时,算法就结束了。
3.图解双指针解法的原理:
(1)排除掉一根柱子,指针移动究竟代表着什么?
假设一共有n根柱子,编号0,1,...,n - 1。高度分别为H0、H1、...、Hn - 1。要寻找的是两根柱子i,j,它们需要满足的约束条件是:
——i、j都是合法的柱子下标,即0<=i<n,0<=j<n。
——i在j的左边,即i < j。
(2)希望从中找到容纳水面积最大的柱子(i,j),以n = 8为例,这时候全部的搜索空间为:
(3)由于i、j的约束条件的限制,搜索空间是白色的倒三角部分。可以看到,搜索空间大小是O(n^2)数量级的。如果用暴力解法求解,一次只检查一个单元格,那么时间复杂度一定是O(n^2)。要想得到O(n)的解法,就需要能够一次排除多个单元格。
(4)一开始,先检查右上方的单元格(0,7),即考虑最左边的0号柱子和最右边的7号柱子,计算它们之间容纳水的面积,然后比较一下两根柱子的高度,关注其中较短的一根。
(5)假设左边的0号柱子较短,根据推理,0号柱子目前的水面高度已经到了上限。因此排除0号柱子的情况,也就是i = 0的情况,对应i++,就是削减了一行的搜索空间。
(6)排除了搜索空间的一行后,剩余的搜索空间仍然是倒三角形状。检查右上方的单元格(1,7),即考虑1号柱子和7号柱子,计算它们之间容纳水的面积。然后,比较两根柱子的高度。
(7)假设此时7号柱子较短,此时要排除7号柱子的情况,对应j--,就是削减了一列的搜索空间。
(8)经过n步后,就能排除掉所有的搜索空间,检查完所有的可能性。
附代码:
class Solution { public int maxArea(int[] height) { int res = 0; int i = 0; int j = height.length - 1; while(i < j){ int canContain = (j - i) * Math.min(height[i],height[j]); res = Math.max(res,canContain); if(height[i] < height[j]){ i++; }else{ j--; } } return res; } }