LeetCode 热题 100 73. 矩阵置零

LeetCode 热题 100 | 73. 矩阵置零

大家好,今天我们来解决一道经典的算法题------矩阵置零 。这道题在LeetCode上被标记为中等难度,要求我们将矩阵中为0的元素所在的行和列全部置为0。下面我将分别给出非原地算法原地算法的Python代码实现,并进行对比分析。


问题描述

给定一个 m x n 的矩阵,如果一个元素为 0,则将其所在行和列的所有元素都设为 0

示例:

plaintext 复制代码
输入:matrix = [[1,1,1],[1,0,1],[1,1,1]]
输出:[[1,0,1],[0,0,0],[1,0,1]]

非原地算法代码

思路
  1. 使用两个额外的数组 rowscols 来记录需要置零的行和列。
  2. 遍历矩阵,记录所有值为 0 的元素所在的行和列。
  3. 根据记录的行和列,将矩阵中对应的行和列全部置为 0
代码实现
python 复制代码
def setZeroes_non_inplace(matrix):
    m, n = len(matrix), len(matrix[0])
    rows = [False] * m  # 记录需要置零的行
    cols = [False] * n  # 记录需要置零的列

    # 遍历矩阵,记录需要置零的行和列
    for i in range(m):
        for j in range(n):
            if matrix[i][j] == 0:
                rows[i] = True
                cols[j] = True

    # 根据记录置零
    for i in range(m):
        for j in range(n):
            if rows[i] or cols[j]:
                matrix[i][j] = 0

# 测试示例
matrix1 = [[1,1,1],[1,0,1],[1,1,1]]
matrix2 = [[0,1,2,0],[3,4,5,2],[1,3,1,5]]

setZeroes_non_inplace(matrix1)
setZeroes_non_inplace(matrix2)

print(matrix1)  # 输出: [[1,0,1],[0,0,0],[1,0,1]]
print(matrix2)  # 输出: [[0,0,0,0],[0,4,5,0],[0,3,1,0]]

原地算法代码

思路
  1. 利用矩阵的第一行和第一列来标记需要置零的行和列。
  2. 需要额外处理第一行和第一列本身是否包含 0
代码实现
python 复制代码
def setZeroes_inplace(matrix):
    m, n = len(matrix), len(matrix[0])
    first_row_has_zero = any(matrix[0][j] == 0 for j in range(n))
    first_col_has_zero = any(matrix[i][0] == 0 for i in range(m))

    # 使用第一行和第一列来标记是否需要置零
    for i in range(1, m):
        for j in range(1, n):
            if matrix[i][j] == 0:
                matrix[i][0] = 0
                matrix[0][j] = 0

    # 根据标记置零
    for i in range(1, m):
        for j in range(1, n):
            if matrix[i][0] == 0 or matrix[0][j] == 0:
                matrix[i][j] = 0

    # 处理第一行和第一列
    if first_row_has_zero:
        for j in range(n):
            matrix[0][j] = 0

    if first_col_has_zero:
        for i in range(m):
            matrix[i][0] = 0

# 测试示例
matrix1 = [[1,1,1],[1,0,1],[1,1,1]]
matrix2 = [[0,1,2,0],[3,4,5,2],[1,3,1,5]]

setZeroes_inplace(matrix1)
setZeroes_inplace(matrix2)

print(matrix1)  # 输出: [[1,0,1],[0,0,0],[1,0,1]]
print(matrix2)  # 输出: [[0,0,0,0],[0,4,5,0],[0,3,1,0]]

代码对比

非原地算法
  • 优点
    • 逻辑简单,易于理解和实现。
    • 不需要修改原始矩阵的额外信息。
  • 缺点
    • 使用了额外的空间 O(m + n) 来存储需要置零的行和列。
原地算法
  • 优点
    • 空间复杂度为 O(1),完全原地操作。
  • 缺点
    • 逻辑稍复杂,需要额外处理第一行和第一列。

总结

  • 非原地算法:逻辑简单,适合对空间复杂度要求不高的场景。
  • 原地算法:空间复杂度低,适合对空间要求严格的场景。

根据实际需求选择合适的方法即可。希望这篇题解对大家有所帮助,如果有任何问题,欢迎在评论区留言讨论!

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