一魚多吃 用水槽模型 解 最多的雨水儲存量 Trapping Rain Water Leetcode #42

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這題的題目在這裡:

題目敘述

題目會給我們一個陣列,陣列裡面每個數字分別代表高低各不同的隔板高度,問我們從降雨之後,最多可以儲存多少水量?


測試範例

Example 1:

範例一的圖解

範例一的圖解

Input: height = [0,1,0,2,1,0,1,3,2,1,2,1]
Output: 6
Explanation: The above elevation map (black section) is represented by array [0,1,0,2,1,0,1,3,2,1,2,1]. In this case, 6 units of rain water (blue section) are being trapped.
藍色部分的方格,代表可以儲存雨水的格子點。​

Example 2:

Input: height = [4,2,0,3,2,5]
Output: 9

約束條件

Constraints:

  • n == height.length
  • 1 <= n <= 2 * 104
  • 0 <= height[i] <= 105

演算法

其實這一題和前面學過的水槽模型裝水那一題九成像。

都是給我們隔板高度,要求我們計算最多可以儲存的水量是多少?

差別在於:

前一題的水槽底部是平的

這一題的水槽底部高低不同,有凹有凸。

但是,最關鍵的核心精神相同,可以裝的水量多寡由比較矮的隔板決定

(因為水只要超過比較矮的那一邊就會溢出去,就算再下雨注入水也
無法儲存更多了。)


因此,我們只要建立一個滑窗,每次在水平方向移動一格收縮比較矮的一邊

如果左邊的隔板比右邊矮,就收縮左邊。

如果右邊的隔板比左邊矮,就收縮右邊。

每次迭代的時候,同步更新累加
當下可以儲存的水量 = 比較矮的隔板高度 - 水槽底部高度
(相當於二維平面上投影的面積,就像範例圖中的樣子)

最後,回傳能儲存雨水的總面積,就是答案。


程式碼

class Solution:
 def trap(self, height: List[int]) -> int:
  
  if len(height) < 3:
   
   # Quick response for impossible cases
   return 0
  
  volume, size = 0, len(height)
  
  # two pointers, initialized as boundary index
  left, right = 0, size-1
  
  # local max height on two sides
  left_wall_max, right_wall_max = height[left], height[right]
  
  # scan each index with two-pointers
  while left < right:
   
   # update local max height
   left_wall_max, right_wall_max = max(height[left], left_wall_max), max(height[right], right_wall_max)
   
   
   if left_wall_max <= right_wall_max:
    
    # left wall is shorter than right wall
    
    # update trapping rain water of current index
    volume += left_wall_max - height[left]
    
    # move left pointer to right hand side
    left += 1
    
   else:
    
    # right wall is shorter than left wall
    
    # update trapping rain water of current index
    volume += right_wall_max - height[right]
    
    # move right pointer to left hand side
    right -= 1
    
  
  return volume

複雜度分析

時間複雜度:

O( n ) 收縮滑窗,滑窗寬度從n-1 收縮到 1,總共耗費O(n)的時間

空間複雜度:

O(1) 都是臨時變數,所占用的記憶體空間固定,都是常數級別O(1)


關鍵知識點

這一題用到的也是水槽裝水的模型,唯一的小差別就是多了水槽底部有了高度,但是核心精神不變: 可以裝的水量多寡由比較矮的隔板決定

強烈建議複習Container With Most Water這一題,
鞏固 水槽裝水的模型雙指針應用的知識點


Reference:

[1] Python O(n) by two-pointers // DP [w/ Hint] - Trapping Rain Water - LeetCode

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由有業界實戰經驗的演算法工程師, 手把手教你建立解題的框架, 一步步寫出高效、清晰易懂的解題答案。 著重在讓讀者啟發思考、理解演算法,熟悉常見的演算法模板。 深入淺出地介紹題目背後所使用的演算法意義,融會貫通演算法與資料結構的應用。 在幾個經典的題目融入一道題目的多種解法,或者同一招解不同的題目,擴展廣度,並加深印象。
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