
Дано 2D цілий масив Arr [] [] порядок k * n де кожен ряд знаходиться відсортований у порядку висхідного. Ваше завдання - знайти найменший діапазон, який включає щонайменше один елемент з кожного з K списки. Якщо виявлено більше одного такого діапазони, поверніть перший.
Приклади:
Введення: Arr [] [] = [[4 7 9 12 15]
[0 8 10 14 20]
[6 12 16 30 50]]
Вихід: 6 8
Пояснення: Найменший діапазон утворюється за номером 7 з першого списку 8 із другого списку та 6 з третього списку.Введення: arr [] [] = [[2 4]
[1 7]
[20 40]]
Вихід: 4 20
Пояснення: Діапазон [4 20] містить 4 7 20, який містить елемент з усіх трьох масивів.
Таблиця змісту
- [Наївний підхід] - Використання k покажчиків - o (n k^2) час і o (k) простір
- [Кращий підхід] Використання двох покажчиків - o (n*k log (n*k)) час і o (n*k) простір
- [Ефективний підхід] - Використання Min Heap - O (N K log K) Час і O (k) простір
[Наївний підхід] - Використання k покажчиків - o (n k^2) час і o (k) простір
Ідея полягає в тому Мін і Макс поточних k елементів для формування діапазону. До мінімізувати діапазон Ми повинні Збільшити мінімальну вартість Оскільки ми не можемо зменшити максимум (усі покажчики починаються з 0). Тож перемістіть вказівник списку, який має Поточний мінімум та оновити діапазон. Повторіть, поки один список не буде вичерпаний.
Крок за кроковою реалізацією:
- Створіть список покажчиків по одному для кожного списку введення, починаючи з індексу 0.
- Повторіть процес Поки один із покажчиків не досягне кінця його списку.
- На кожному кроці Виберіть поточні елементи вказується на всі покажчики.
- Знайти мінімум і максимум серед цих елементів.
- Обчисліть діапазон Використовуючи значення Min та Max.
- Якщо цей діапазон менший ніж попереднє найкраще оновлення відповіді.
- Перемістіть вказівник вперед списку, який мав мінімальний елемент.
- Зупиніться, коли будь -який список вичерпаний і повернути найкращий діапазон.
// C++ program to find the smallest range // that includes at least one element from // each of the k sorted lists using k pointers #include #include #include using namespace std; vector<int> findSmallestRange(vector<vector<int>>& arr) { int k = arr.size(); int n = arr[0].size(); // Pointers for each of the k rows vector<int> ptr(k 0); int minRange = INT_MAX; int start = -1 end = -1; while (true) { int minVal = INT_MAX; int maxVal = INT_MIN; int minRow = -1; // Traverse all k rows to get current min and max for (int i = 0; i < k; i++) { // If any list is exhausted stop the loop if (ptr[i] == n) { return {start end}; } // Track min value and its row index if (arr[i][ptr[i]] < minVal) { minVal = arr[i][ptr[i]]; minRow = i; } // Track current max value if (arr[i][ptr[i]] > maxVal) { maxVal = arr[i][ptr[i]]; } } // Update the result range if a // smaller range is found if (maxVal - minVal < minRange) { minRange = maxVal - minVal; start = minVal; end = maxVal; } // Move the pointer of the // row with minimum value ptr[minRow]++; } return {start end}; } int main() { vector<vector<int>> arr = { {4 7 9 12 15} {0 8 10 14 20} {6 12 16 30 50} }; vector<int> res = findSmallestRange(arr); cout << res[0] << ' ' << res[1]; return 0; }
Java // Java program to find the smallest range import java.util.*; class GfG{ static ArrayList<Integer> findSmallestRange(int[][] arr) { int k = arr.length; int n = arr[0].length; // Pointers for each of the k rows int[] ptr = new int[k]; int minRange = Integer.MAX_VALUE; int start = -1 end = -1; while (true) { int minVal = Integer.MAX_VALUE; int maxVal = Integer.MIN_VALUE; int minRow = -1; // Traverse all k rows to get current min and max for (int i = 0; i < k; i++) { // If any list is exhausted stop the loop if (ptr[i] == n) { ArrayList<Integer> result = new ArrayList<>(); result.add(start); result.add(end); return result; } // Track min value and its row index if (arr[i][ptr[i]] < minVal) { minVal = arr[i][ptr[i]]; minRow = i; } // Track current max value if (arr[i][ptr[i]] > maxVal) { maxVal = arr[i][ptr[i]]; } } // Update the result range if a smaller range is found if (maxVal - minVal < minRange) { minRange = maxVal - minVal; start = minVal; end = maxVal; } // Move the pointer of the row with minimum value ptr[minRow]++; } } public static void main(String[] args) { int[][] arr = { {4 7 9 12 15} {0 8 10 14 20} {6 12 16 30 50} }; ArrayList<Integer> res = findSmallestRange(arr); System.out.println(res.get(0) + ' ' + res.get(1)); } }
Python # Python program to find the smallest range def findSmallestRange(arr): k = len(arr) n = len(arr[0]) # Pointers for each of the k rows ptr = [0] * k min_range = float('inf') start = -1 end = -1 while True: min_val = float('inf') max_val = float('-inf') min_row = -1 # Traverse all k rows to get current min and max for i in range(k): # If any list is exhausted stop the loop if ptr[i] == n: return [start end] # Track min value and its row index if arr[i][ptr[i]] < min_val: min_val = arr[i][ptr[i]] min_row = i # Track current max value if arr[i][ptr[i]] > max_val: max_val = arr[i][ptr[i]] # Update the result range if a smaller range is found if max_val - min_val < min_range: min_range = max_val - min_val start = min_val end = max_val # Move the pointer of the row with minimum value ptr[min_row] += 1 if __name__ == '__main__': arr = [ [4 7 9 12 15] [0 8 10 14 20] [6 12 16 30 50] ] res = findSmallestRange(arr) print(res[0] res[1])
C# using System; using System.Collections.Generic; class GfG{ static List<int> findSmallestRange(int[] arr) { int k = arr.GetLength(0); int n = arr.GetLength(1); // Pointers for each of the k rows int[] ptr = new int[k]; int minRange = int.MaxValue; int start = -1 end = -1; while (true) { int minVal = int.MaxValue; int maxVal = int.MinValue; int minRow = -1; // Traverse all k rows to get current min and max for (int i = 0; i < k; i++) { // If any list is exhausted stop the loop if (ptr[i] == n) { return new List<int> { start end }; } int current = arr[i ptr[i]]; if (current < minVal) { minVal = current; minRow = i; } if (current > maxVal) { maxVal = current; } } // Update the result range if a smaller range is found if (maxVal - minVal < minRange) { minRange = maxVal - minVal; start = minVal; end = maxVal; } // Move the pointer of the row with minimum value ptr[minRow]++; } } public static void Main(string[] args) { int[] arr = { { 4 7 9 12 15 } { 0 8 10 14 20 } { 6 12 16 30 50 } }; List<int> res = findSmallestRange(arr); Console.WriteLine(res[0] + ' ' + res[1]); } }
JavaScript // JavaScript program to find the smallest range function findSmallestRange(arr) { let k = arr.length; let n = arr[0].length; // Pointers for each of the k rows let ptr = new Array(k).fill(0); let minRange = Infinity; let start = -1 end = -1; while (true) { let minVal = Infinity; let maxVal = -Infinity; let minRow = -1; // Traverse all k rows to get current min and max for (let i = 0; i < k; i++) { // If any list is exhausted stop the loop if (ptr[i] === n) { return [start end]; } // Track min value and its row index if (arr[i][ptr[i]] < minVal) { minVal = arr[i][ptr[i]]; minRow = i; } // Track current max value if (arr[i][ptr[i]] > maxVal) { maxVal = arr[i][ptr[i]]; } } // Update the result range if a smaller range is found if (maxVal - minVal < minRange) { minRange = maxVal - minVal; start = minVal; end = maxVal; } // Move the pointer of the row with minimum value ptr[minRow]++; } } const arr = [ [4 7 9 12 15] [0 8 10 14 20] [6 12 16 30 50] ]; const res = findSmallestRange(arr); console.log(res[0] + ' ' + res[1]);
Випуск
6 8
[Кращий підхід] Використання двох покажчиків - o (n*k log (n*k)) час і o (n*k) простір
C++Ідея полягає в тому, щоб знайти найменшу проблему діапазону, перетворивши її в проблему розсувного вікна через об'єднаний та відсортований список усіх елементів зі списків вхідних даних. Кожен елемент зберігається разом із початковим індексом списку для відстеження його джерела. Після сортування комбінованого списку за значенням два покажчики (
left
іright
) використовуються для визначення вікна, яке рухається через список. Коли вікно розширює частотна карта, відстежує, скільки унікальних списків представлено. Коли вікно включає щонайменше одне число з кожного списку, алгоритм намагається зменшити його зліва, щоб знайти менший дійсний діапазон. Найменший такий діапазон, знайдений під час цього процесу, повертається в результаті.
#include using namespace std; vector<int> findSmallestRange(vector<vector<int>>& arr) { int k = arr.size(); // Stores the current index for each list vector<int> pointers(k 0); // Stores the current smallest range vector<int> smallestRange = {0 INT_MAX}; while (true) { int currentMin = INT_MAX currentMax = INT_MIN; int minListIndex = -1; // Find the minimum and maximum among current elements of all lists for (int i = 0; i < k; i++) { int value = arr[i][pointers[i]]; if (value < currentMin) { currentMin = value; minListIndex = i; } if (value > currentMax) { currentMax = value; } } // Update the smallest range if this one is smaller if (currentMax - currentMin < smallestRange[1] - smallestRange[0]) { smallestRange[0] = currentMin; smallestRange[1] = currentMax; } // Move the pointer in the list that had the minimum value pointers[minListIndex]++; // If that list is exhausted break the loop if (pointers[minListIndex] == arr[minListIndex].size()) break; } return smallestRange; } // Driver code int main() { vector<vector<int>> arr = { {4 7 9 12 15} {0 8 10 14 20} {6 12 16 30 50} }; vector<int> result = findSmallestRange(arr); cout << result[0] << ' ' << result[1]; return 0; }
Java import java.util.*; class GfG { // Function to find the smallest range public static ArrayList<Integer> findSmallestRange(int[][] arr) { int k = arr.length; // Number of lists // Stores the current index for each list int[] pointers = new int[k]; // Stores the current smallest range ArrayList<Integer> smallestRange = new ArrayList<> (Arrays.asList(0 Integer.MAX_VALUE)); // Continue the loop until one list is exhausted while (true) { int currentMin = Integer.MAX_VALUE currentMax = Integer.MIN_VALUE; int minListIndex = -1; // Find the minimum and maximum among current elements of all lists for (int i = 0; i < k; i++) { int value = arr[i][pointers[i]]; // Update the current minimum if (value < currentMin) { currentMin = value; minListIndex = i; } // Update the current maximum if (value > currentMax) { currentMax = value; } } // Update the smallest range if this one is smaller if (currentMax - currentMin < smallestRange.get(1) - smallestRange.get(0)) { smallestRange.set(0 currentMin); smallestRange.set(1 currentMax); } // Move the pointer in the list that had the minimum value pointers[minListIndex]++; // If that list is exhausted break the loop if (pointers[minListIndex] == arr[minListIndex].length) break; } return smallestRange; // Return the result as ArrayList } // Driver code public static void main(String[] args) { int[][] arr = { {4 7 9 12 15} {0 8 10 14 20} {6 12 16 30 50} }; ArrayList<Integer> result = findSmallestRange(arr); System.out.println(result.get(0) + ' ' + result.get(1)); } }
Python def findSmallestRange(arr): k = len(arr) # Number of lists # Stores the current index for each list pointers = [0] * k # Stores the current smallest range smallestRange = [0 float('inf')] # Continue the loop until one list is exhausted while True: currentMin = float('inf') currentMax = -float('inf') minListIndex = -1 # Find the minimum and maximum among current elements of all lists for i in range(k): value = arr[i][pointers[i]] # Update the current minimum if value < currentMin: currentMin = value minListIndex = i # Update the current maximum if value > currentMax: currentMax = value # Update the smallest range if this one is smaller if currentMax - currentMin < smallestRange[1] - smallestRange[0]: smallestRange[0] = currentMin smallestRange[1] = currentMax # Move the pointer in the list that had the minimum value pointers[minListIndex] += 1 # If that list is exhausted break the loop if pointers[minListIndex] == len(arr[minListIndex]): break return smallestRange # Return the result as a list # Driver code if __name__ == '__main__': arr = [ [4 7 9 12 15] [0 8 10 14 20] [6 12 16 30 50] ] result = findSmallestRange(arr) print(result[0] result[1])
C# using System; using System.Collections.Generic; class GfG{ // Function to find the smallest range public static List<int> findSmallestRange(int[] arr) { int k = arr.GetLength(0); // Number of lists (rows) // Stores the current index for each list (row) int[] pointers = new int[k]; // Stores the current smallest range List<int> smallestRange = new List<int> { 0 int.MaxValue }; // Continue the loop until one list is exhausted while (true) { int currentMin = int.MaxValue currentMax = int.MinValue; int minListIndex = -1; // Find the minimum and maximum among current elements // of all lists for (int i = 0; i < k; i++) { int value = arr[i pointers[i]]; // Update the current minimum if (value < currentMin) { currentMin = value; minListIndex = i; } // Update the current maximum if (value > currentMax) { currentMax = value; } } // Update the smallest range if this one is smaller if (currentMax - currentMin < smallestRange[1] - smallestRange[0]) { smallestRange[0] = currentMin; smallestRange[1] = currentMax; } // Move the pointer in the list that had the minimum value pointers[minListIndex]++; // If that list is exhausted break the loop if (pointers[minListIndex] == arr.GetLength(1)) break; } return smallestRange; // Return the result as List } // Driver code public static void Main(string[] args) { int[] arr = { {4 7 9 12 15} {0 8 10 14 20} {6 12 16 30 50} }; List<int> result = findSmallestRange(arr); Console.WriteLine(result[0] + ' ' + result[1]); } }
JavaScript function findSmallestRange(arr) { const k = arr.length; // Number of lists // Stores the current index for each list let pointers = new Array(k).fill(0); // Stores the current smallest range let smallestRange = [0 Number.MAX_VALUE]; // Continue the loop until one list is exhausted while (true) { let currentMin = Number.MAX_VALUE currentMax = -Number.MAX_VALUE; let minListIndex = -1; // Find the minimum and maximum among current elements of all lists for (let i = 0; i < k; i++) { const value = arr[i][pointers[i]]; // Update the current minimum if (value < currentMin) { currentMin = value; minListIndex = i; } // Update the current maximum if (value > currentMax) { currentMax = value; } } // Update the smallest range if this one is smaller if (currentMax - currentMin < smallestRange[1] - smallestRange[0]) { smallestRange[0] = currentMin; smallestRange[1] = currentMax; } // Move the pointer in the list that had the minimum value pointers[minListIndex]++; // If that list is exhausted break the loop if (pointers[minListIndex] === arr[minListIndex].length) break; } return smallestRange; // Return the result as an array } // Driver code const arr = [ [4 7 9 12 15] [0 8 10 14 20] [6 12 16 30 50] ]; const result = findSmallestRange(arr); console.log(result[0] result[1]);
Випуск
6 8
[Ефективний підхід] - Використання Min Heap - O (N K log K) Час і O (k) простір
Міні-хапа може бути використаний для пошуку мінімального значення в логарифмічному часу або журналу k час замість лінійного часу. Щоб знайти максимальне значення, ми спочатку ініціалізуємо максимальне значення всіх 0 індексів. Для решти максимальних значень у циклі ми просто порівнюємо поточне максимальне значення з наступним елементом зі списку, з якого видаляється елемент MIN. Решта підходу залишається однаковим.
Крок за кроковою реалізацією:
- Міні-хапа може бути використаний для пошуку мінімального значення в логарифмічному часу або журналу k час замість лінійного часу. Щоб знайти максимальне значення, ми спочатку ініціалізуємо максимальне значення всіх 0 індексів. Для решти максимальних значень у циклі ми просто порівнюємо поточне максимальне значення з наступним елементом зі списку, з якого видаляється елемент MIN. Решта підходу залишається однаковим.
Створіть міні-хап для зберігання k елементів по одному з кожного масиву та змінної мінант ініціалізований до максимального значення, а також зберігайте змінну максимум зберігати максимальне ціле число.
- Міні-хапа може бути використаний для пошуку мінімального значення в логарифмічному часу або журналу k час замість лінійного часу. Щоб знайти максимальне значення, ми спочатку ініціалізуємо максимальне значення всіх 0 індексів. Для решти максимальних значень у циклі ми просто порівнюємо поточне максимальне значення з наступним елементом зі списку, з якого видаляється елемент MIN. Решта підходу залишається однаковим.
Спочатку поставте перший елемент із кожного списку та зберігайте максимальне значення в максимум .
- Міні-хапа може бути використаний для пошуку мінімального значення в логарифмічному часу або журналу k час замість лінійного часу. Щоб знайти максимальне значення, ми спочатку ініціалізуємо максимальне значення всіх 0 індексів. Для решти максимальних значень у циклі ми просто порівнюємо поточне максимальне значення з наступним елементом зі списку, з якого видаляється елемент MIN. Решта підходу залишається однаковим.
Повторіть наступні кроки, поки принаймні один список вихлопів:
- Знайдіть мінімальне значення або хв Використовуйте верхню або корінь мінливої купи, що є мінімальним елементом.
- Тепер оновіть мінант Якщо струм (Макс-міну) менше ніж мінант .
- Видаліть верхній або кореневий елемент із черги пріоритетів вставте наступний елемент зі списку, що містить елемент MIN
- Оновіть максимум новим вставленим елементом, якщо новий елемент більший, ніж попередній макс.
C++
Java #include
Python import java.util.*; // Class to represent elements in the heap class Node implements Comparable<Node> { int val row col; Node(int val int row int col) { this.val = val; this.row = row; this.col = col; } // For min-heap based on value public int compareTo(Node other) { return this.val - other.val; } } class GfG { // Function to find the smallest range static ArrayList<Integer> findSmallestRange(int[][] arr) { int k = arr.length; int n = arr[0].length; PriorityQueue<Node> pq = new PriorityQueue<>(); int maxVal = Integer.MIN_VALUE; // Push the first element of each list into the min-heap for (int i = 0; i < k; i++) { pq.add(new Node(arr[i][0] i 0)); maxVal = Math.max(maxVal arr[i][0]); } int minRange = Integer.MAX_VALUE minEl = -1 maxEl = -1; while (true) { Node curr = pq.poll(); int minVal = curr.val; // Update range if better if (maxVal - minVal < minRange) { minRange = maxVal - minVal; minEl = minVal; maxEl = maxVal; } // If we've reached the end of a list break if (curr.col + 1 == n) break; // Push next element from the same list int nextVal = arr[curr.row][curr.col + 1]; pq.add(new Node(nextVal curr.row curr.col + 1)); maxVal = Math.max(maxVal nextVal); } // Return result as ArrayList ArrayList<Integer> result = new ArrayList<>(); result.add(minEl); result.add(maxEl); return result; } // Driver code public static void main(String[] args) { int[][] arr = { {4 7 9 12 15} {0 8 10 14 20} {6 12 16 30 50} }; ArrayList<Integer> res = findSmallestRange(arr); System.out.println(res.get(0) + ' ' + res.get(1)); } }
C# import heapq # Function to find the smallest range def findSmallestRange(arr): k = len(arr) n = len(arr[0]) heap = [] maxVal = float('-inf') # Push the first element of each # list into the min-heap for i in range(k): heapq.heappush(heap (arr[i][0] i 0)) maxVal = max(maxVal arr[i][0]) minRange = float('inf') minEl = maxEl = -1 while True: minVal row col = heapq.heappop(heap) # Update range if better if maxVal - minVal < minRange: minRange = maxVal - minVal minEl = minVal maxEl = maxVal # If we've reached the end of a list break if col + 1 == n: break # Push next element from the same list nextVal = arr[row][col + 1] heapq.heappush(heap (nextVal row col + 1)) maxVal = max(maxVal nextVal) return [minEl maxEl] # Driver code if __name__ == '__main__': arr = [ [4 7 9 12 15] [0 8 10 14 20] [6 12 16 30 50] ] res = findSmallestRange(arr) print(res[0] res[1])
JavaScript using System; using System.Collections.Generic; // Class to represent elements in the heap class Node : IComparable<Node> { public int val row col; public Node(int val int row int col) { this.val = val; this.row = row; this.col = col; } // For min-heap based on value public int CompareTo(Node other) { if (this.val != other.val) return this.val.CompareTo(other.val); // To avoid duplicate keys in SortedSet if (this.row != other.row) return this.row.CompareTo(other.row); return this.col.CompareTo(other.col); } } class GfG { // Function to find the smallest range static List<int> findSmallestRange(int[] arr) { int k = arr.GetLength(0); int n = arr.GetLength(1); var pq = new SortedSet<Node>(); int maxVal = int.MinValue; // Push the first element of each list into the min-heap for (int i = 0; i < k; i++) { var node = new Node(arr[i 0] i 0); pq.Add(node); maxVal = Math.Max(maxVal arr[i 0]); } int minRange = int.MaxValue minEl = -1 maxEl = -1; while (true) { var curr = GetMin(pq); pq.Remove(curr); int minVal = curr.val; // Update range if better if (maxVal - minVal < minRange) { minRange = maxVal - minVal; minEl = minVal; maxEl = maxVal; } // If we've reached the end of a list break if (curr.col + 1 == n) break; // Push next element from the same list int nextVal = arr[curr.row curr.col + 1]; var nextNode = new Node(nextVal curr.row curr.col + 1); pq.Add(nextNode); maxVal = Math.Max(maxVal nextVal); } return new List<int> { minEl maxEl }; // Return result as List
class Node { constructor(val row col) { this.val = val; this.row = row; this.col = col; } } // Function to find the smallest range function findSmallestRange(arr) { const k = arr.length; const n = arr[0].length; const heap = new MinHeap(); let maxVal = -Infinity; // Push the first element of each list into the min-heap for (let i = 0; i < k; i++) { heap.push(new Node(arr[i][0] i 0)); maxVal = Math.max(maxVal arr[i][0]); } let minRange = Infinity; let minEl = -1 maxEl = -1; while (true) { const curr = heap.pop(); const minVal = curr.val; // Update range if better if (maxVal - minVal < minRange) { minRange = maxVal - minVal; minEl = minVal; maxEl = maxVal; } // If we've reached the end of a list break if (curr.col + 1 === n) break; // Push next element from the same list const nextVal = arr[curr.row][curr.col + 1]; heap.push(new Node(nextVal curr.row curr.col + 1)); maxVal = Math.max(maxVal nextVal); } return [minEl maxEl]; } // Min-heap comparator class MinHeap { constructor() { this.heap = []; } push(node) { this.heap.push(node); this._heapifyUp(); } pop() { if (this.size() === 1) return this.heap.pop(); const top = this.heap[0]; this.heap[0] = this.heap.pop(); this._heapifyDown(); return top; } top() { return this.heap[0]; } size() { return this.heap.length; } _heapifyUp() { let idx = this.size() - 1; while (idx > 0) { let parent = Math.floor((idx - 1) / 2); if (this.heap[parent].val <= this.heap[idx].val) break; [this.heap[parent] this.heap[idx]] = [this.heap[idx] this.heap[parent]]; idx = parent; } } _heapifyDown() { let idx = 0; const n = this.size(); while (true) { let left = 2 * idx + 1; let right = 2 * idx + 2; let smallest = idx; if (left < n && this.heap[left].val < this.heap[smallest].val) { smallest = left; } if (right < n && this.heap[right].val < this.heap[smallest].val) { smallest = right; } if (smallest === idx) break; [this.heap[smallest] this.heap[idx]] = [this.heap[idx] this.heap[smallest]]; idx = smallest; } } } // Driver code const arr = [ [4 7 9 12 15] [0 8 10 14 20] [6 12 16 30 50] ]; const res = findSmallestRange(arr); console.log(res[0] + ' ' + res[1]);
Випуск
6 8