设两指针 $i$ , $j$ ,指向的水槽板高度分别为 $h[i]$ , $h[j]$ ,此状态下水槽面积为 $S(i, j)$ 。由于可容纳水的高度由两板中的 短板 决定,因此可得如下 面积公式 :
$$ S(i, j) = min(h[i], h[j]) × (j - i) $$
在每个状态下,无论长板或短板向中间收窄一格,都会导致水槽 底边宽度 $-1$ 变短:
- 若向内 移动短板 ,水槽的短板 $min(h[i], h[j])$ 可能变大,因此下个水槽的面积 可能增大 。
- 若向内 移动长板 ,水槽的短板 $min(h[i], h[j])$ 不变或变小,因此下个水槽的面积 一定变小 。
因此,初始化双指针分列水槽左右两端,循环每轮将短板向内移动一格,并更新面积最大值,直到两指针相遇时跳出;即可获得最大面积。
算法流程:
- 初始化: 双指针 $i$ , $j$ 分列水槽左右两端;
- 循环收窄: 直至双指针相遇时跳出;
- 更新面积最大值 $res$ ;
- 选定两板高度中的短板,向中间收窄一格;
- 返回值: 返回面积最大值 $res$ 即可;
正确性证明:
若暴力枚举,水槽两板围成面积 $S(i, j)$ 的状态总数为 $C(n, 2)$ 。
假设状态 $S(i, j)$ 下 $h[i] < h[j]$ ,在向内移动短板至 $S(i + 1, j)$ ,则相当于消去了 ${S(i, j - 1), S(i, j - 2), ... , S(i, i + 1)}$ 状态集合。而所有消去状态的面积一定都小于当前面积(即 $< S(i, j)$),因为这些状态:
- 短板高度:相比 $S(i, j)$ 相同或更短(即 $\leq h[i]$ );
- 底边宽度:相比 $S(i, j)$ 更短;
因此,每轮向内移动短板,所有消去的状态都 不会导致面积最大值丢失 ,证毕。
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复杂度分析:
- 时间复杂度 $O(N)$ : 双指针遍历一次底边宽度 $N$ 。
- 空间复杂度 $O(1)$ : 变量 $i$ , $j$ , $res$ 使用常数额外空间。
代码:
Python
class Solution:
def maxArea(self, height: List[int]) -> int:
i, j, res = 0, len(height) - 1, 0
while i < j:
if height[i] < height[j]:
res = max(res, height[i] * (j - i))
i += 1
else:
res = max(res, height[j] * (j - i))
j -= 1
return res
Java
class Solution {
public int maxArea(int[] height) {
int i = 0, j = height.length - 1, res = 0;
while(i < j) {
res = height[i] < height[j] ?
Math.max(res, (j - i) * height[i++]):
Math.max(res, (j - i) * height[j--]);
}
return res;
}
}
C++
class Solution {
public:
int maxArea(vector<int>& height) {
int i = 0, j = height.size() - 1, res = 0;
while(i < j) {
res = height[i] < height[j] ?
max(res, (j - i) * height[i++]):
max(res, (j - i) * height[j--]);
}
return res;
}
};