
2D整数配列が与えられた arr [] [] 秩序の k * n 各行はどこにありますか ソート 昇順で。あなたの仕事は、それぞれから少なくとも1つの要素を含む最小の範囲を見つけることです k リスト。複数のそのような範囲が見つかった場合、最初の範囲を返します。
例:
入力: arr [] [] = [[4 7 9 12 15]
[0 8 10 14 20]
[6 12 16 30 50]]
出力: 6 8
説明: 最小の範囲は、2番目のリストから最初のリスト8から7番、3番目のリストから6で形成されます。入力: arr [] [] = [[2 4]
[1 7]
[20 40]]
出力: 4 20
説明: 範囲[4 20]には、3つのアレイすべての要素が含まれる4 7 20が含まれています。
コンテンツの表
- [ナイーブアプローチ] -Kポインターの使用-O(n k^2)時間とo(k)スペース
- [より良いアプローチ] 2つのポインターを使用-O(n*k log(n*k))時間とo(n*k)スペース
- [効率的なアプローチ] - 最小ヒープの使用-O(n k log k)時間とo(k)スペース
[ナイーブアプローチ] -Kポインターの使用-O(n k^2)時間とo(k)スペース
アイデアは、インデックス0で始まる各リストのKポインターを維持することです。各ステップで MinとMax 範囲を形成するための現在のK要素の。に 範囲を最小化します 私たちはしなければなりません 最小値を増やします 最大を減らすことができないため(すべてのポインターは0から始まります)。したがって、リストのポインターを移動します 現在の最小 範囲を更新します。 1つのリストが使い果たされるまで繰り返します。
段階的な実装:
- ポインターのリストを作成します 各入力リストに1つは、すべてインデックス0から始まります。
- プロセスを繰り返します ポインターの1つがリストの終わりに到達するまで。
- 各ステップで 現在の要素を選択します すべてのポインターに向けられています。
- を見つけます 最小および最大 それらの要素の中で。
- 範囲を計算します MIN値と最大値を使用します。
- この範囲が小さい場合 以前のベストアップデートよりも答えを更新します。
- ポインターを前進させます 最小要素があるリストの。
- リストが使い果たされたら停止します そして、見つかった最高の範囲を返します。
// 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]);
出力
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[より良いアプローチ] 2つのポインターを使用-O(n*k log(n*k))時間とo(n*k)スペース
C++アイデアは、入力リストからのすべての要素のマージされた並べ替えられたリストの上に、スライディングウィンドウの問題に変換することにより、最小の範囲の問題を見つけることです。各要素は、ソースを追跡するために元のリストインデックスとともに保存されます。複合リストを2つのポインターで値で並べ替えた後(
left
そしてright
)リストを介して移動するウィンドウを定義するために使用されます。ウィンドウが展開すると、周波数マップが展開されます。ウィンドウにすべてのリストから少なくとも1つの番号が含まれている場合、アルゴリズムは左から縮小しようとして、より小さな有効な範囲を見つけます。このプロセス中に見つかった最小の範囲は、結果として返されます。
#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]);
出力
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[効率的なアプローチ] - 最小ヒープの使用-O(n k log k)時間とo(k)スペース
ミンヒープ 線形時間ではなく、対数時間またはlog k時間の最小値を見つけるために使用できます。最大値を見つけるには、最初にすべての0インデックスの最大値を初期化します。ループ内の残りの最大値については、現在の最大値を、MINアイテムが削除されているリストの次のアイテムと比較するだけです。アプローチの残りの部分は同じままです。
段階的な実装:
- ミンヒープ 線形時間ではなく、対数時間またはlog k時間の最小値を見つけるために使用できます。最大値を見つけるには、最初にすべての0インデックスの最大値を初期化します。ループ内の残りの最大値については、現在の最大値を、MINアイテムが削除されているリストの次のアイテムと比較するだけです。アプローチの残りの部分は同じままです。
各配列と変数からk要素を保存するためのminheapを作成します ミンレンジ 最大値に初期化され、変数も保持します マックス 最大整数を保存します。
- ミンヒープ 線形時間ではなく、対数時間またはlog k時間の最小値を見つけるために使用できます。最大値を見つけるには、最初にすべての0インデックスの最大値を初期化します。ループ内の残りの最大値については、現在の最大値を、MINアイテムが削除されているリストの次のアイテムと比較するだけです。アプローチの残りの部分は同じままです。
最初に各リストから最初の要素を配置し、最大値をに保存します マックス 。
- ミンヒープ 線形時間ではなく、対数時間またはlog k時間の最小値を見つけるために使用できます。最大値を見つけるには、最初にすべての0インデックスの最大値を初期化します。ループ内の残りの最大値については、現在の最大値を、MINアイテムが削除されているリストの次のアイテムと比較するだけです。アプローチの残りの部分は同じままです。
少なくとも1つのリストが排出されるまで、次の手順を繰り返します。
- 最小値を見つけます 分 最小要素であるMin Heapの上部または根を使用します。
- 今すぐ更新します ミンレンジ 電流(Max-Min)が少ない場合 ミンレンジ 。
- 優先キューから上部またはルート要素を削除します。最小要素を含むリストから次の要素を挿入します
- 新しい要素が前の最大値よりも大きい場合は、新しい要素を挿入した最大値を更新します。
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]);
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