
Med tanke på en 2D -heltal arr [] [] förordnad k * n där varje rad är sorterad i stigande ordning. Din uppgift är att hitta det minsta intervallet som innehåller minst ett element från var och en av K listor. Om mer än ett sådant intervall hittas returnera den första.
Exempel:
Input: arr [] [] = [[4 7 9 12 15]
[0 8 10 14 20]
[6 12 16 30 50]]
Produktion: 6 8
Förklaring: Det minsta intervallet bildas av nummer 7 från den första listan 8 från andra listan och 6 från den tredje listan.Input: arr [] [] = [[2 4]
[1 7]
[20 40]]
Produktion: 4 20
Förklaring: Området [4 20] innehåller 4 7 20 som innehåller element från alla de tre matriserna.
Innehållsbord
- [Naivt tillvägagångssätt] - Använda K -pekare - O (N K^2) Tid och O (K) utrymme
- [Bättre tillvägagångssätt] med två pekare - o (n*k log (n*k)) tid och o (n*k) utrymme
- [Effektiv tillvägagångssätt] - Använda Min Heap - O (N K Log K) Tid och O (K) Space
[Naivt tillvägagångssätt] - Använda K -pekare - O (N K^2) Tid och O (K) utrymme
Tanken är att hålla K -pekare en för varje lista som börjar på index 0. Vid varje steg ta min och max av de nuvarande K -elementen för att bilda ett intervall. Till minimera intervallet vi måste Öka minvärdet Eftersom vi inte kan minska max (alla pekare börjar vid 0). Så flytta pekaren på listan som har nuvarande minimum och uppdatera intervallet. Upprepa tills en lista är uttömd.
Steg för steg implementering:
- Skapa en lista över pekare en för varje inmatningslista alla börjar vid index 0.
- Upprepa processen Tills en av pekarna når slutet av sin lista.
- Vid varje steg Välj de aktuella elementen Pekas av alla pekare.
- Hitta minimum och maximalt bland dessa element.
- Beräkna intervallet med hjälp av min- och maxvärdena.
- Om detta intervall är mindre än den tidigare bästa uppdateringen svaret.
- Gå framåt pekaren av listan som hade det minsta elementet.
- Stopp när någon lista är utmattad och returnera det bästa utbudet som hittades.
// 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]);
Produktion
6 8
[Bättre tillvägagångssätt] med två pekare - o (n*k log (n*k)) tid och o (n*k) utrymme
C++Tanken är att hitta det minsta intervallproblemet genom att förvandla det till ett glidande fönsterproblem över en sammanslagen och sorterad lista över alla element från ingångslistorna. Varje element lagras tillsammans med sitt ursprungliga listindex för att spåra dess källa. Efter att ha sorterat den kombinerade listan med värde två pekare (
left
ochright
) används för att definiera ett fönster som rör sig genom listan. När fönstret expanderar spårar en frekvenskarta hur många unika listor som representeras. När fönstret innehåller minst ett nummer från varje lista försöker algoritmen att krympa det från vänster för att hitta ett mindre giltigt intervall. Det minsta sådana intervallet som hittades under denna process returneras som resultat.
#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]);
Produktion
6 8
[Effektiv tillvägagångssätt] - Använda Min Heap - O (N K Log K) Tid och O (K) Space
Min-heap kan användas för att hitta minimivärdet i logaritmisk tid eller log k -tid istället för linjär tid. För att hitta maxvärdet initialiserar vi maxvärdet för alla 0 index initialt. För resten av maxvärdena i slingan jämför vi helt enkelt det aktuella maxvärdet med nästa objekt från listan från vilket minobjektet tas bort. Resten av tillvägagångssättet förblir densamma.
Steg för steg implementering:
- Min-heap kan användas för att hitta minimivärdet i logaritmisk tid eller log k -tid istället för linjär tid. För att hitta maxvärdet initialiserar vi maxvärdet för alla 0 index initialt. För resten av maxvärdena i slingan jämför vi helt enkelt det aktuella maxvärdet med nästa objekt från listan från vilket minobjektet tas bort. Resten av tillvägagångssättet förblir densamma.
Skapa en min-heap för att lagra K-element ett från varje matris och en variabel minska initialiseras till ett maximivärde och håll också en variabel max för att lagra det maximala heltalet.
- Min-heap kan användas för att hitta minimivärdet i logaritmisk tid eller log k -tid istället för linjär tid. För att hitta maxvärdet initialiserar vi maxvärdet för alla 0 index initialt. För resten av maxvärdena i slingan jämför vi helt enkelt det aktuella maxvärdet med nästa objekt från listan från vilket minobjektet tas bort. Resten av tillvägagångssättet förblir densamma.
Placera initialt det första elementet från varje lista och lagra det maximala värdet i max .
- Min-heap kan användas för att hitta minimivärdet i logaritmisk tid eller log k -tid istället för linjär tid. För att hitta maxvärdet initialiserar vi maxvärdet för alla 0 index initialt. För resten av maxvärdena i slingan jämför vi helt enkelt det aktuella maxvärdet med nästa objekt från listan från vilket minobjektet tas bort. Resten av tillvägagångssättet förblir densamma.
Upprepa följande steg tills minst en lista avgaser:
- Hitta minsta värdet eller min Använd toppen eller roten på minhögen som är det minsta elementet.
- Uppdatera nu minska Om strömmen (max-min) är mindre än minska .
- Ta bort topp- eller rotelementet från prioritetskön. Sätt i nästa element från listan som innehåller minelementet
- Uppdatera max med det nya elementet infogat om det nya elementet är större än det föregående max.
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]);
Produktion
6 8