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python 区域和检索_304. 二维区域和检索(Python)

题目

难度:★★★☆☆

类型:二维数组

方法:动态规划

给定一个二维矩阵,计算其子矩形范围内元素的总和,该子矩阵的左上角为 (row1, col1) ,右下角为 (row2, col2)。

示例:

给定 matrix = [

[3, 0, 1, 4, 2],

[5, 6, 3, 2, 1],

[1, 2, 0, 1, 5],

[4, 1, 0, 1, 7],

[1, 0, 3, 0, 5]

]

sumRegion(2, 1, 4, 3) -> 8

sumRegion(1, 1, 2, 2) -> 11

sumRegion(1, 2, 2, 4) -> 12

说明:

你可以假设矩阵不可变。

会多次调用 sumRegion 方法。

你可以假设 row1 ≤ row2 且 col1 ≤ col2。

解答

题目中的要求,实际上用numpy可以轻松实现:

import numpy as np

class NumMatrix:

def __init__(self, matrix):

self.matrix = np.array(matrix)

def sumRegion(self, row1: int, col1: int, row2: int, col2: int) -> int:

return self.matrix[row1:row2+1, col1:col2+1].sum()

但是,这样做是不文明的。因此我们采用一种动态规划的方法。

定义矩阵dp,维度与matrix一致,dp[r][c]表示从点(0,0)到点(r,c)的区域和。

递推关系式:我们需要一行一行遍历,在遍历的过程中,需要及时获得该行当前点及其左侧所有点的和cur_sum,用于计算递推关系:

对于第一行,直接填充当前点的和cur_sum即可。

其他情况,递推关系为:dp[r][c] = dp[r-1][c] + cur_sum

需要考虑特殊情况:

输入为[[]]:直接返回。

输入只有一行或者只有一列。这种情况都会干扰程序的运行,为此提前在matrix左上角增加一行和一列,全部填充为零。

(0,0)

+----------+--------------+

| A | B |

| | |

+----------+--------------+

| C | D |

+----------+----- -------+(row2, col2)

我们要获得的是D区域的面积,需要通过以下计算得到:

D = (A+B+C+D)-((A+B) + (A+C) - A)

也就是说

dp[row2][col2] - (dp[row2][col1] + dp[row1][col2] - [row1][col1])

这里需要注意一下下标索引可能需要进行+1或者-1的移位,才能获得正确结果。

class NumMatrix:

def __init__(self, matrix):

if not matrix:

self.dp = []

return

matrix = [[0 for _ in range(len(matrix[0])+1)]] + [[0] + row for row in matrix]

dp = [[0 for _ in range(len(matrix[0]))] for _ in range(len(matrix))]

for r in range(len(matrix)):

cur_sum = 0

for c in range(len(matrix[0])):

cur_sum += matrix[r][c]

if r == 0:

dp[r][c] = cur_sum

else:

dp[r][c] = dp[r-1][c] + cur_sum

self.dp = dp

def sumRegion(self, row1: int, col1: int, row2: int, col2: int) -> int:

# row1, col1 = row1-1, col1-1

row2, col2 = row2+1, col2+1

return self.dp[row2][col2] - (self.dp[row2][col1] + self.dp[row1][col2] - self.dp[row1][col1])

如有疑问或建议,欢迎评论区留言~

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