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leetcode 2701 ~ 2750
包含每个查询的最小区间

包含每个查询的最小区间

难度:

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题目描述

You are given a 2D integer array intervals, where intervals[i] = [lefti, righti] describes the ith interval starting at lefti and ending at righti (inclusive). The size of an interval is defined as the number of integers it contains, or more formally righti - lefti + 1.

You are also given an integer array queries. The answer to the jth query is the size of the smallest interval i such that lefti <= queries[j] <= righti. If no such interval exists, the answer is -1.

Return an array containing the answers to the queries.

 

Example 1:

Input: intervals = [[1,4],[2,4],[3,6],[4,4]], queries = [2,3,4,5]
Output: [3,3,1,4]
Explanation: The queries are processed as follows:
- Query = 2: The interval [2,4] is the smallest interval containing 2. The answer is 4 - 2 + 1 = 3.
- Query = 3: The interval [2,4] is the smallest interval containing 3. The answer is 4 - 2 + 1 = 3.
- Query = 4: The interval [4,4] is the smallest interval containing 4. The answer is 4 - 4 + 1 = 1.
- Query = 5: The interval [3,6] is the smallest interval containing 5. The answer is 6 - 3 + 1 = 4.

Example 2:

Input: intervals = [[2,3],[2,5],[1,8],[20,25]], queries = [2,19,5,22]
Output: [2,-1,4,6]
Explanation: The queries are processed as follows:
- Query = 2: The interval [2,3] is the smallest interval containing 2. The answer is 3 - 2 + 1 = 2.
- Query = 19: None of the intervals contain 19. The answer is -1.
- Query = 5: The interval [2,5] is the smallest interval containing 5. The answer is 5 - 2 + 1 = 4.
- Query = 22: The interval [20,25] is the smallest interval containing 22. The answer is 25 - 20 + 1 = 6.

 

Constraints:

  • 1 <= intervals.length <= 105
  • 1 <= queries.length <= 105
  • intervals[i].length == 2
  • 1 <= lefti <= righti <= 107
  • 1 <= queries[j] <= 107

代码结果

运行时间: 291 ms, 内存: 50.9 MB


/*
 * 思路:
 * 使用Java Stream API来实现同样的逻辑。我们可以使用Stream进行排序、过滤以及收集操作。
 * 在这里,我们可以使用Map来保存每个查询点的答案。
 */
import java.util.*;
import java.util.stream.*;

public class SolutionStream {
    public int[] minInterval(int[][] intervals, int[] queries) {
        Map<Integer, Integer> queryResults = new TreeMap<>();
        // 将queries中的查询点和原索引对应保存
        IntStream.range(0, queries.length).forEach(i -> queryResults.put(queries[i], -1));
        // 对区间按起点升序,起点相同时按终点升序排序
        Arrays.sort(intervals, Comparator.comparingInt((int[] a) -> a[0]).thenComparingInt(a -> a[1]));
        // 处理每个查询点
        PriorityQueue<int[]> minHeap = new PriorityQueue<>(Comparator.comparingInt(a -> a[0]));
        int index = 0;
        for (int query : queryResults.keySet()) {
            while (index < intervals.length && intervals[index][0] <= query) {
                int left = intervals[index][0];
                int right = intervals[index][1];
                minHeap.offer(new int[]{right - left + 1, right});
                index++;
            }
            while (!minHeap.isEmpty() && minHeap.peek()[1] < query) {
                minHeap.poll();
            }
            queryResults.put(query, minHeap.isEmpty() ? -1 : minHeap.peek()[0]);
        }
        // 返回结果
        return Arrays.stream(queries).map(queryResults::get).toArray();
    }
}

解释

方法:

此题解采用排序和优先队列(堆)的方法来解决问题。首先,对查询按值进行排序,并保留原始索引以便最后能正确地放置答案。接着,对区间按起始位置进行排序。对于每个查询,使用最小堆来维护所有包含当前查询点的区间,并确保堆中区间的结束位置至少大于等于查询值。堆中存储元组,包含区间长度、起始位置和结束位置,按长度排序以快速获得最小长度的区间。对于每个查询,将所有起始位置小于等于查询值的区间加入堆中,然后移除堆中所有结束位置小于查询值的区间。如果堆非空,堆顶元素即为包含该查询值的最小区间长度。

时间复杂度:

O((n+m) log n)

空间复杂度:

O(n + m)

代码细节讲解

🦆
请问为什么在处理查询之前要对区间和查询值分别进行排序?这样的排序有什么具体的好处?
对查询值进行排序是为了按顺序处理每个查询点,从而有效地管理堆(优先队列)。这种排序使得在逐渐增加查询值的过程中,只需要向堆中添加新区间,而不需要重复检查之前已经不满足条件的区间。对区间按起始位置排序是为了便于将所有起始位置小于等于当前查询值的区间顺序加入堆中。这种排序方式减少了对区间集合的重复遍历,提高算法效率,从而实现线性时间的遍历而不是每次查询都进行全量的区间检查。
🦆
在题解中,使用最小堆存储区间时,为什么选择按区间长度进行排序而不是按结束位置或开始位置排序?
在本题中,目标是找到包含查询点的最小区间。因此,使用最小堆按区间长度进行排序可以直接获得当前查询点所在的最小区间。如果按照结束位置或开始位置排序,虽然可以管理区间的范围,但无法直接得到最小长度的区间,从而无法直接响应题目的需求。通过按长度排序,每次堆顶的区间即为满足条件的最短区间,这样可以在O(1)时间内直接获得答案,大大提升查询效率。
🦆
在移除堆中结束位置小于当前查询值的区间时,可能会有哪些对算法性能的影响?是否存在更效率的方法来维护这个堆的状态?
移除所有结束位置小于当前查询值的区间可能导致堆操作变多,因为每个查询都可能需要从堆中移除多个不满足条件的区间。这些操作包括多次弹出堆顶元素,直到找到一个有效的区间,每次弹出操作都是对数时间复杂度。这可能在区间和查询非常密集的情况下影响总体性能。一种更有效的策略可能是使用延迟删除,即不立即从堆中删除过期区间,而是在堆顶元素需要被使用时检查其有效性,如果无效再进行删除。这样可以减少不必要的删除操作,只在必要时才进行堆调整。

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