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杨氏矩阵与钩子公式

2013年12月09日 ⁄ 综合 ⁄ 共 1518字 ⁄ 字号 评论关闭

杨氏矩阵又叫杨氏图表,它是这样一个矩阵,满足条件:

 

(1)如果格子(i,j)没有元素,则它右边和上边的相邻格子也一定没有元素。

(2)如果格子(i,j)有元素a[i][j],则它右边和上边的相邻格子要么没有元素,要么有元素且比a[i][j]大。

 

1 ~ n所组成杨氏矩阵的个数可以通过下面的递推式得到:

 

 

如图就是n=3时的杨氏矩阵。

 

 

 

 

下面介绍一个公式,那就是著名的钩子公式。

 

对于给定形状,不同的杨氏矩阵的个数为:n!除以每个格子的钩子长度加1的积。其中钩子长度定义为该格子右边的格子数和

它上边的格子数之和。

 

题目:http://poj.org/problem?id=1825

 

 

介绍完了钩子公式,那么我们可以来做一道基础题了。

 

题目:给四行,第一行放5个数字,第二行放三个数字,第三行放3个数字,第四行放1个数字,都是左对齐的排列,现有1~12

共12个数字,要求放到这四行中,从上到下,从左到右都是按小到大排列,问你共有几种排法?(如图所示)

() () () () ()

() () ()

() () ()

()

 

这个问题直接利用钩子公式解决即可。

 

 

杨氏矩阵既可以用来当堆,又可以当成平衡树。通常杨氏矩阵会涉及到两个问题:

 

(1)在杨氏矩阵中查找值为x的元素      (2)在杨氏矩阵中找第K大的元素

 

对于第一个问题,其实有两种方法,第一种方法就是二分查找法,这种方法的时间效率不是很好。第二种方法就是类堆查找

法。方法是这样的:从矩阵的右上角出发,对于元素a[i][j],如果a[i][j]==x,则找到元素x,直接返回; 如果a[i][j]

> x,则向下移动,即继续比较a[i+1][j]与x;如果a[i][j] < x,则向左移动,即继续比较a[i][j-1]与x。该算法的时间

复杂度是O(m+n)。

bool Find(int a[][N],int n,int m,int x)
{
    assert(a != NULL && n > 0 && m > 0);
    int row = 0;
    int col = m - 1;
    while(row <= n - 1 && col >= 0)
    {
        if(a[row][col] == x) return true;
        else if(a[row][col] > x) col--;
        else row++;
    }
    return false;
}

 

对于第二个问题,首先,二分枚举找到一个数x,它比杨氏矩阵中k个数大;然后,利用类堆查找法找到刚好小于x的元素。该算

法的时间复杂度为O((m+n)log(mn)),但不需要额外存储空间。

 

int get_order(int a[][N],int n,int m,int k)
{
    int row = 0;
    int col = m - 1;
    int order = 0;
    while(row <= n - 1 && col >= 0)
    {
        if(a[row][col] < k)
        {
            order += col + 1;
            row++;
        }
        else col--;
    }
    return order;
}

int Find_Kth_Num(int a[][N],int n,int m,int k)
{
    int low = a[0][0];
    int high = a[n-1][m-1];
    int order = 0;
    int mid = 0;
    do
    {
        mid = (low + high) >> 1;
        order = get_order(a,n,m,mid);
        if(order == k) break;
        else if(order > k) high = mid - 1;
        else low = mid + 1;
    }while(1);
    int row = 0;
    int col = m - 1;
    int ret = mid;
    while(row <= n - 1 && col >= 0)
    {
        if(a[row][col] < mid)
        {
            ret = max(ret,a[row][col]);
            row++;
        }
        else col--;
    }
    return ret;
}

 

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