רכיב חיפוש במטריצה ממוינת
נתון מטריצה ממוינת יחד עם [][] בגודל n × m ומספר שלם x לקבוע אם x קיים במטריצה.
המטריצה ממוינת באופן הבא:
- כל שורה ממוינת בסדר הולך וגדל.
- האלמנט הראשון של כל שורה גדול או שווה לרכיב האחרון של השורה הקודמת
(כלומר mat[i][0] ≥ mat[i−1][m−1] עבור כל 1 ≤ i < n).
דוגמאות:
קֶלֶט: x = 14 מחצלת[][] = [[ 1 5 9]
[14 20 21]
[30 34 43]]
תְפוּקָה: נָכוֹן
הֶסבֵּר: הערך14קיים בשורה השנייה העמודה הראשונה של המטריצה.קֶלֶט: x = 42 מחצלת[][] = [[ 1 5 9 11]
[14 20 21 26]
[30 34 43 50]]
תְפוּקָה: שֶׁקֶר
הֶסבֵּר: הערך42לא מופיע במטריצה.
תוכן עניינים
- [גישה נאיבית] השוואה עם כל האלמנטים - O(n × m) זמן ו-O(1) מרחב
- [גישה טובה יותר] שימוש בחיפוש בינארי פעמיים - O(log n + log m) זמן ו-O(1) רווח
- [גישה צפויה] שימוש בחיפוש בינארי פעם אחת - O(log(n × m)) ו-O(1) רווח
[גישה נאיבית] השוואה עם כל האלמנטים - O(n × m) זמן ו-O(1) מרחב
C++הרעיון הוא לחזור על כל המטריצה [][] ולהשוות כל אלמנט עם x. אם אלמנט מתאים ל-x נחזיר true. אחרת בסוף המעבר נחזיר שקר.
#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' );
תְפוּקָה
true
[גישה טובה יותר] שימוש בחיפוש בינארי פעמיים - O(log n + log m) זמן ו-O(1) רווח
ראשית אנו מאתרים את השורה שבה יכול להיות יעד x באמצעות חיפוש בינארי ולאחר מכן אנו מיישמים שוב חיפוש בינארי בתוך אותה שורה. כדי למצוא את השורה הנכונה אנו מבצעים חיפוש בינארי על האלמנטים הראשונים של השורה האמצעית.
יישום צעד אחר צעד:
=> התחל עם נמוך = 0 וגבוה = n - 1.
=> אם x קטן מהרכיב הראשון בשורה האמצעית (a[mid][0]) אז x יהיה קטן יותר מכל האלמנטים בשורות >= אמצע אז עדכן גבוה = אמצע - 1.
=> אם x גדול מהאלמנט הראשון בשורה האמצעית (a[mid][0]) אז x יהיה גדול מכל האלמנטים בשורות < mid so store the current mid row and update low = mid + 1.
לאחר שמצאנו את השורה הנכונה נוכל להחיל חיפוש בינארי בתוך אותה שורה כדי לחפש את רכיב המטרה 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' );
תְפוּקָה
true
[גישה צפויה] שימוש בחיפוש בינארי פעם אחת - O(log(n × m)) ו-O(1) רווח
הרעיון הוא לשקול את המטריצה הנתונה כמערך 1D ולהחיל רק חיפוש בינארי אחד.
לדוגמה עבור מטריצה בגודל n x m ונוכל לראות אותה כמערך 1D בגודל n*m אז האינדקס הראשון יהיה 0 והאינדקס האחרון יהיה n*m-1. אז אנחנו צריכים לעשות חיפוש בינארי מנמוך = 0 עד גבוה = (n*m-1).
כיצד למצוא את האלמנט במטריצה דו-ממדית המתאים לאינדקס = אמצע?
C++מכיוון שלכל שורה של מחצלת[][] יהיו m אלמנטים כדי שנוכל למצוא את שׁוּרָה של האלמנט as (אמצע / מ') ואת עַמוּדָה של האלמנט as (אמצע % m) . לאחר מכן נוכל להשוות את x עם arr[mid/m][mid%m] עבור כל אמצע ולהשלים את החיפוש הבינארי שלנו.
#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' );
תְפוּקָה
trueצור חידון
