Elemento de búsqueda en una matriz ordenada
Dada una matriz ordenada junto con[][] de tamaño n × m y un número entero incógnita determine si x está presente en la matriz.
La matriz se ordena de la siguiente manera:
- Cada fila está ordenada en orden creciente.
- El primer elemento de cada fila es mayor o igual que el último elemento de la fila anterior.
(es decir, mat[i][0] ≥ mat[i−1][m−1] para todo 1 ≤ i < n).
Ejemplos:
Aporte: x = 14 mat[][] = [[ 1 5 9]
[14 20 21]
[30 34 43]]
Producción: verdadero
Explicación: el valor14está presente en la primera columna de la segunda fila de la matriz.Aporte: x = 42 mat[][] = [[ 1 5 9 11]
[14 20 21 26]
[30 34 43 50]]
Producción: FALSO
Explicación: el valor42no aparece en la matriz.
Tabla de contenido
- [Enfoque ingenuo] Comparación con todos los elementos: O(n × m) Tiempo y O(1) Espacio
- [Mejor enfoque] Uso de la búsqueda binaria dos veces: O(log n + log m) Tiempo y O(1) Espacio
- [Enfoque esperado] Uso de la búsqueda binaria una vez: espacio O(log(n × m)) y O(1)
[Enfoque ingenuo] Comparación con todos los elementos: O(n × m) Tiempo y O(1) Espacio
C++La idea es recorrer toda la matriz mat[][] y comparar cada elemento con x. Si un elemento coincide con la x, devolveremos verdadero. De lo contrario, al final del recorrido devolveremos falso.
#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' );
Producción
true
[Mejor enfoque] Uso de la búsqueda binaria dos veces: O(log n + log m) Tiempo y O(1) Espacio
Primero ubicamos la fila donde podría estar el objetivo x mediante la búsqueda binaria y luego aplicamos la búsqueda binaria nuevamente dentro de esa fila. Para encontrar la fila correcta realizamos una búsqueda binaria en los primeros elementos de la fila del medio.
Implementaciones paso a paso:
=> Comience con bajo = 0 y alto = n - 1.
=> Si x es más pequeño que el primer elemento de la fila del medio (a[mid][0]), entonces x será más pequeño que todos los elementos en las filas >= mid, así que actualice high = mid - 1.
=> Si x es mayor que el primer elemento de la fila del medio (a[mid][0]), entonces x será mayor que todos los elementos de las filas < mid so store the current mid row and update low = mid + 1.
Una vez que hayamos encontrado la fila correcta, podemos aplicar la búsqueda binaria dentro de esa fila para buscar el elemento objetivo x.
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' );
Producción
true
[Enfoque esperado] Uso de la búsqueda binaria una vez: espacio O(log(n × m)) y O(1)
La idea es considerar la matriz dada como una matriz 1D y aplicar solo una búsqueda binaria.
Por ejemplo, para una matriz de tamaño n x m y podemos considerarla como una matriz 1D de tamaño n*m, entonces el primer índice sería 0 y el último índice sería n*m-1. Entonces necesitamos hacer una búsqueda binaria desde bajo = 0 hasta alto = (n*m-1).
¿Cómo encontrar el elemento en la matriz 2D correspondiente al índice = mid?
C++Dado que cada fila de mat[][] tendrá m elementos, podemos encontrar el fila del elemento como (mediados/m) y el columna del elemento como (medio % m) . Luego podemos comparar x con arr[mid/m][mid%m] para cada mid y completar nuestra búsqueda binaria.
#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' );
Producción
trueCrear cuestionario
