Suchelement in einer sortierten Matrix
Gegeben sei eine sortierte Matrix zusammen mit[][] der Größe n × m und einer ganzen Zahl X Bestimmen Sie, ob x in der Matrix vorhanden ist.
Die Matrix ist wie folgt sortiert:
- Jede Zeile ist in aufsteigender Reihenfolge sortiert.
- Das erste Element jeder Zeile ist größer oder gleich dem letzten Element der vorherigen Zeile
(d. h. mat[i][0] ≥ mat[i−1][m−1] für alle 1 ≤ i < n).
Beispiele:
Eingang: x = 14 mat[][] = [[ 1 5 9]
[14 20 21]
[30 34 43]]
Ausgabe: WAHR
Erläuterung: Der Wert14ist in der zweiten Zeile und ersten Spalte der Matrix vorhanden.Eingang: x = 42 mat[][] = [[ 1 5 9 11]
[14 20 21 26]
[30 34 43 50]]
Ausgabe: FALSCH
Erläuterung: Der Wert42erscheint nicht in der Matrix.
Inhaltsverzeichnis
- [Naiver Ansatz] Vergleich mit allen Elementen – O(n × m) Zeit und O(1) Raum
- [Besserer Ansatz] Binäre Suche zweimal verwenden – O(log n + log m) Zeit und O(1) Raum
- [Erwarteter Ansatz] Einmalige Verwendung der binären Suche – O(log(n × m)) und O(1) Raum
[Naiver Ansatz] Vergleich mit allen Elementen – O(n × m) Zeit und O(1) Raum
C++Die Idee besteht darin, die gesamte Matrix mat[][] zu durchlaufen und jedes Element mit x zu vergleichen. Wenn ein Element mit x übereinstimmt, geben wir true zurück. Andernfalls geben wir am Ende des Durchlaufs false zurück.
#include #include using namespace std ; bool searchMatrix ( vector < vector < int >>& mat int x ) { int n = mat . size (); int m = mat [ 0 ]. size (); // traverse every element in the matrix for ( int i = 0 ; i < n ; i ++ ) { for ( int j = 0 ; j < m ; j ++ ) { if ( mat [ i ][ j ] == x ) return true ; } } return false ; } int main () { vector < vector < int >> mat = { { 1 5 9 } { 14 20 21 } { 30 34 43 } }; int x = 14 ; cout < < ( searchMatrix ( mat x ) ? 'true' : 'false' ) < < endl ; }
Java class GfG { public static boolean searchMatrix ( int [][] mat int x ) { int n = mat . length ; int m = mat [ 0 ] . length ; // traverse every element in the matrix for ( int i = 0 ; i < n ; i ++ ) { for ( int j = 0 ; j < m ; j ++ ) { if ( mat [ i ][ j ] == x ) return true ; } } return false ; } public static void main ( String [] args ) { int [][] mat = { { 1 5 9 } { 14 20 21 } { 30 34 43 } }; int x = 14 ; System . out . println ( searchMatrix ( mat x ) ? 'true' : 'false' ); } }
Python def searchMatrix ( mat x ): n = len ( mat ) m = len ( mat [ 0 ]) # traverse every element in the matrix for i in range ( n ): for j in range ( m ): if mat [ i ][ j ] == x : return True return False if __name__ == '__main__' : mat = [ [ 1 5 9 ] [ 14 20 21 ] [ 30 34 43 ] ] x = 14 print ( 'true' if searchMatrix ( mat x ) else 'false' )
C# using System ; class GfG { public static bool searchMatrix ( int [][] mat int x ) { int n = mat . Length ; int m = mat [ 0 ]. Length ; // traverse every element in the matrix for ( int i = 0 ; i < n ; i ++ ) { for ( int j = 0 ; j < m ; j ++ ) { if ( mat [ i ][ j ] == x ) return true ; } } return false ; } public static void Main ( string [] args ) { int [][] mat = new int [][] { new int [] { 1 5 9 } new int [] { 14 20 21 } new int [] { 30 34 43 } }; int x = 14 ; Console . WriteLine ( searchMatrix ( mat x ) ? 'true' : 'false' ); } }
JavaScript function searchMatrix ( mat x ) { let n = mat . length ; let m = mat [ 0 ]. length ; // traverse every element in the matrix for ( let i = 0 ; i < n ; i ++ ) { for ( let j = 0 ; j < m ; j ++ ) { if ( mat [ i ][ j ] === x ) return true ; } } return false ; } // Driver Code let mat = [ [ 1 5 9 ] [ 14 20 21 ] [ 30 34 43 ] ]; let x = 14 ; console . log ( searchMatrix ( mat x ) ? 'true' : 'false' );
Ausgabe
true
[Besserer Ansatz] Binäre Suche zweimal verwenden – O(log n + log m) Zeit und O(1) Raum
Zuerst suchen wir mithilfe der binären Suche die Zeile, in der sich das Ziel x befinden könnte, und wenden dann innerhalb dieser Zeile erneut die binäre Suche an. Um die richtige Zeile zu finden, führen wir eine binäre Suche nach den ersten Elementen der mittleren Zeile durch.
Schritt-für-Schritt-Implementierungen:
=> Beginnen Sie mit niedrig = 0 und hoch = n - 1.
=> Wenn x kleiner ist als das erste Element der mittleren Zeile (a[mid][0]), dann ist x kleiner als alle Elemente in Zeilen >= mid, also aktualisieren Sie high = mid - 1.
=> Wenn x größer als das erste Element der mittleren Zeile (a[mid][0]) ist, dann ist x größer als alle Elemente in Zeilen < mid so store the current mid row and update low = mid + 1.
Sobald wir die richtige Zeile gefunden haben, können wir innerhalb dieser Zeile eine binäre Suche anwenden, um nach dem Zielelement x zu suchen.
C++ #include #include using namespace std ; // function to binary search for x in arr[] bool search ( vector < int > & arr int x ) { int lo = 0 hi = arr . size () - 1 ; while ( lo <= hi ) { int mid = ( lo + hi ) / 2 ; if ( x == arr [ mid ]) return true ; if ( x < arr [ mid ]) hi = mid - 1 ; else lo = mid + 1 ; } return false ; } // function to search element x in fully // sorted matrix bool searchMatrix ( vector < vector < int >> & mat int x ) { int n = mat . size () m = mat [ 0 ]. size (); int lo = 0 hi = n - 1 ; int row = -1 ; while ( lo <= hi ) { int mid = ( lo + hi ) / 2 ; // if the first element of mid row is equal to x // return true if ( x == mat [ mid ][ 0 ]) return true ; // if x is greater than first element of mid row // store the mid row and search in lower half if ( x > mat [ mid ][ 0 ]) { row = mid ; lo = mid + 1 ; } // if x is smaller than first element of mid row // search in upper half else hi = mid - 1 ; } // if x is smaller than all elements of mat[][] if ( row == -1 ) return false ; return search ( mat [ row ] x ); } int main () { vector < vector < int >> mat = {{ 1 5 9 } { 14 20 21 } { 30 34 43 }}; int x = 14 ; if ( searchMatrix ( mat x )) cout < < 'true' ; else cout < < 'false' ; return 0 ; }
Java class GfG { // function to binary search for x in arr[] static boolean search ( int [] arr int x ) { int lo = 0 hi = arr . length - 1 ; while ( lo <= hi ) { int mid = ( lo + hi ) / 2 ; if ( x == arr [ mid ] ) return true ; if ( x < arr [ mid ] ) hi = mid - 1 ; else lo = mid + 1 ; } return false ; } // function to search element x in fully // sorted matrix static boolean searchMatrix ( int [][] mat int x ) { int n = mat . length m = mat [ 0 ] . length ; int lo = 0 hi = n - 1 ; int row = - 1 ; while ( lo <= hi ) { int mid = ( lo + hi ) / 2 ; // if the first element of mid row is equal to x // return true if ( x == mat [ mid ][ 0 ] ) return true ; // if x is greater than first element of mid row // store the mid row and search in lower half if ( x > mat [ mid ][ 0 ] ) { row = mid ; lo = mid + 1 ; } // if x is smaller than first element of mid row // search in upper half else hi = mid - 1 ; } // if x is smaller than all elements of mat[][] if ( row == - 1 ) return false ; return search ( mat [ row ] x ); } public static void main ( String [] args ) { int [][] mat = { { 1 5 9 } { 14 20 21 } { 30 34 43 } }; int x = 14 ; if ( searchMatrix ( mat x )) System . out . println ( 'true' ); else System . out . println ( 'false' ); } }
Python # function to binary search for x in arr[] def search ( arr x ): lo = 0 hi = len ( arr ) - 1 while lo <= hi : mid = ( lo + hi ) // 2 if x == arr [ mid ]: return True if x < arr [ mid ]: hi = mid - 1 else : lo = mid + 1 return False # function to search element x in fully # sorted matrix def searchMatrix ( mat x ): n = len ( mat ) m = len ( mat [ 0 ]) lo = 0 hi = n - 1 row = - 1 while lo <= hi : mid = ( lo + hi ) // 2 # if the first element of mid row is equal to x # return true if x == mat [ mid ][ 0 ]: return True # if x is greater than first element of mid row # store the mid row and search in lower half if x > mat [ mid ][ 0 ]: row = mid lo = mid + 1 # if x is smaller than first element of mid row # search in upper half else : hi = mid - 1 # if x is smaller than all elements of mat[][] if row == - 1 : return False return search ( mat [ row ] x ) if __name__ == '__main__' : mat = [[ 1 5 9 ] [ 14 20 21 ] [ 30 34 43 ]] x = 14 if searchMatrix ( mat x ): print ( 'true' ) else : print ( 'false' )
C# using System ; class GfG { // function to binary search for x in arr[] static bool Search ( int [] arr int x ) { int lo = 0 hi = arr . Length - 1 ; while ( lo <= hi ) { int mid = ( lo + hi ) / 2 ; if ( x == arr [ mid ]) return true ; if ( x < arr [ mid ]) hi = mid - 1 ; else lo = mid + 1 ; } return false ; } // function to search element x in fully // sorted matrix static bool SearchMatrix ( int [][] mat int x ) { int n = mat . Length m = mat [ 0 ]. Length ; int lo = 0 hi = n - 1 ; int row = - 1 ; while ( lo <= hi ) { int mid = ( lo + hi ) / 2 ; // if the first element of mid row is equal to x // return true if ( x == mat [ mid ][ 0 ]) return true ; // if x is greater than first element of mid row // store the mid row and search in lower half if ( x > mat [ mid ][ 0 ]) { row = mid ; lo = mid + 1 ; } // if x is smaller than first element of mid row // search in upper half else hi = mid - 1 ; } // if x is smaller than all elements of mat[][] if ( row == - 1 ) return false ; return Search ( mat [ row ] x ); } static void Main ( string [] args ) { int [][] mat = new int [][] { new int [] { 1 5 9 } new int [] { 14 20 21 } new int [] { 30 34 43 } }; int x = 14 ; if ( SearchMatrix ( mat x )) Console . WriteLine ( 'true' ); else Console . WriteLine ( 'false' ); } }
JavaScript // function to binary search for x in arr[] function search ( arr x ) { let lo = 0 hi = arr . length - 1 ; while ( lo <= hi ) { let mid = Math . floor (( lo + hi ) / 2 ); if ( x === arr [ mid ]) return true ; if ( x < arr [ mid ]) hi = mid - 1 ; else lo = mid + 1 ; } return false ; } // function to search element x in fully // sorted matrix function searchMatrix ( mat x ) { let n = mat . length m = mat [ 0 ]. length ; let lo = 0 hi = n - 1 ; let row = - 1 ; while ( lo <= hi ) { let mid = Math . floor (( lo + hi ) / 2 ); // if the first element of mid row is equal to x // return true if ( x === mat [ mid ][ 0 ]) return true ; // if x is greater than first element of mid row // store the mid row and search in lower half if ( x > mat [ mid ][ 0 ]) { row = mid ; lo = mid + 1 ; } // if x is smaller than first element of mid row // search in upper half else hi = mid - 1 ; } // if x is smaller than all elements of mat[][] if ( row === - 1 ) return false ; return search ( mat [ row ] x ); } // Driver code const mat = [ [ 1 5 9 ] [ 14 20 21 ] [ 30 34 43 ] ]; const x = 14 ; if ( searchMatrix ( mat x )) console . log ( 'true' ); else console . log ( 'false' );
Ausgabe
true
[Erwarteter Ansatz] Einmalige Verwendung der binären Suche – O(log(n × m)) und O(1) Raum
Die Idee besteht darin, die gegebene Matrix als 1D-Array zu betrachten und nur eine binäre Suche durchzuführen.
Beispielsweise wäre für eine Matrix der Größe n x m, die wir als 1D-Array der Größe n*m betrachten können, der erste Index 0 und der letzte Index n*m-1. Wir müssen also eine binäre Suche von niedrig = 0 bis hoch = (n*m-1) durchführen.
Wie finde ich das Element in der 2D-Matrix, das index = mid entspricht?
C++Da jede Zeile von mat[][] m Elemente haben wird, können wir die finden Reihe des Elements als (Mitte / m) und die Spalte des Elements als (Mitte % m) . Dann können wir x mit arr[mid/m][mid%m] für jede Mitte vergleichen und unsere binäre Suche abschließen.
#include #include using namespace std ; bool searchMatrix ( vector < vector < int >>& mat int x ) { int n = mat . size () m = mat [ 0 ]. size (); int lo = 0 hi = n * m - 1 ; while ( lo <= hi ) { int mid = ( lo + hi ) / 2 ; // find row and column of element at mid index int row = mid / m ; int col = mid % m ; // if x is found return true if ( mat [ row ][ col ] == x ) return true ; // if x is greater than mat[row][col] search // in right half if ( mat [ row ][ col ] < x ) lo = mid + 1 ; // if x is less than mat[row][col] search // in left half else hi = mid - 1 ; } return false ; } int main () { vector < vector < int >> mat = {{ 1 5 9 } { 14 20 21 } { 30 34 43 }}; int x = 14 ; if ( searchMatrix ( mat x )) cout < < 'true' ; else cout < < 'false' ; return 0 ; }
Java class GfG { static boolean searchMatrix ( int [][] mat int x ) { int n = mat . length m = mat [ 0 ] . length ; int lo = 0 hi = n * m - 1 ; while ( lo <= hi ) { int mid = ( lo + hi ) / 2 ; // find row and column of element at mid index int row = mid / m ; int col = mid % m ; // if x is found return true if ( mat [ row ][ col ] == x ) return true ; // if x is greater than mat[row][col] search // in right half if ( mat [ row ][ col ] < x ) lo = mid + 1 ; // if x is less than mat[row][col] search // in left half else hi = mid - 1 ; } return false ; } public static void main ( String [] args ) { int [][] mat = {{ 1 5 9 } { 14 20 21 } { 30 34 43 }}; int x = 14 ; if ( searchMatrix ( mat x )) System . out . println ( 'true' ); else System . out . println ( 'false' ); } }
Python def searchMatrix ( mat x ): n = len ( mat ) m = len ( mat [ 0 ]) lo hi = 0 n * m - 1 while lo <= hi : mid = ( lo + hi ) // 2 # find row and column of element at mid index row = mid // m col = mid % m # if x is found return true if mat [ row ][ col ] == x : return True # if x is greater than mat[row][col] search # in right half if mat [ row ][ col ] < x : lo = mid + 1 # if x is less than mat[row][col] search # in left half else : hi = mid - 1 return False if __name__ == '__main__' : mat = [[ 1 5 9 ] [ 14 20 21 ] [ 30 34 43 ]] x = 14 if searchMatrix ( mat x ): print ( 'true' ) else : print ( 'false' )
C# using System ; class GfG { // function to search for x in the matrix // using binary search static bool searchMatrix ( int [] mat int x ) { int n = mat . GetLength ( 0 ) m = mat . GetLength ( 1 ); int lo = 0 hi = n * m - 1 ; while ( lo <= hi ) { int mid = ( lo + hi ) / 2 ; // find row and column of element at mid index int row = mid / m ; int col = mid % m ; // if x is found return true if ( mat [ row col ] == x ) return true ; // if x is greater than mat[row col] search // in right half if ( mat [ row col ] < x ) lo = mid + 1 ; // if x is less than mat[row col] search // in left half else hi = mid - 1 ; } return false ; } static void Main () { int [] mat = { { 1 5 9 } { 14 20 21 } { 30 34 43 } }; int x = 14 ; if ( searchMatrix ( mat x )) Console . WriteLine ( 'true' ); else Console . WriteLine ( 'false' ); } }
JavaScript function searchMatrix ( mat x ) { let n = mat . length m = mat [ 0 ]. length ; let lo = 0 hi = n * m - 1 ; while ( lo <= hi ) { let mid = Math . floor (( lo + hi ) / 2 ); // find row and column of element at mid index let row = Math . floor ( mid / m ); let col = mid % m ; // if x is found return true if ( mat [ row ][ col ] === x ) return true ; // if x is greater than mat[row][col] search // in right half if ( mat [ row ][ col ] < x ) lo = mid + 1 ; // if x is less than mat[row][col] search // in left half else hi = mid - 1 ; } return false ; } // Driver Code let mat = [[ 1 5 9 ] [ 14 20 21 ] [ 30 34 43 ]]; let x = 14 ; if ( searchMatrix ( mat x )) console . log ( 'true' ); else console . log ( 'false' );
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