力扣hot100:搜索二维矩阵 II(常见误区与高效解法详解)(240)

在 LeetCode 的"搜索二维矩阵 II"问题中,我们需要判断一个目标值 target 是否存在于一个满足以下特性的二维矩阵中:

​​​​​​​

本文先分析一种常见的错误解法,再介绍一种高效的解决方案。

初始代码的问题分析

这是我第一次写的代码,因为我感觉他有点像二叉树,就尝试了一下,从一个起点出发,尝试在对角线上移动,并检查相邻元素:

java 复制代码
class Solution {
    public boolean searchMatrix(int[][] matrix, int target) {
        int x = matrix.length - 1;
        int y = matrix[0].length - 1;
        int i = 0, j = 0;

        while (i >= 0 && j >= 0 && i <= x && j <= y) {
            if (matrix[i][j] < target) {
                i++;
                j++;
            } else if (matrix[i][j] == target) {
                return true;
            } else if (matrix[i][j] > target) {
                int i_temp = i;
                int j_temp = j;
                i--;
                j--;
                while (i >= 0 && j >= 0 && i <= x && j <= y) {
                    if (matrix[i_temp][j] == target || matrix[i][j_temp] == target) {
                        return true;
                    }
                    i--;
                    j--;
                }
            }
        }
        return false;
    }
}

主要问题

  1. 路径不可靠 :通过同时增加 ij (如 i++, j++ )沿对角线移动,但矩阵的特性不能保证对角线上的连续性,容易跳过目标值。
  2. 边界处理不当 :当索引超出矩阵边界时,逻辑复杂且易出错(如移动到 (3,3) 在 3×4 矩阵中导致越界)。
  3. 效率低下:最坏情况时间复杂度为 O(n2)O(n2)(如目标值在左上角时)。

在提交时出现了这种抽象用例导致了错误

高效解法:从右上角开始搜索

利用矩阵的升序特性,可从右上角(或左下角)开始搜索:

  • 若当前元素等于目标值,返回 true
  • 若当前元素大于目标值,向左移动一列(排除当前列)
  • 若当前元素小于目标值,向下移动一行(排除当前行)

步骤图解

java 复制代码
示例矩阵:
[
  [1, 4, 7, 11],
  [2, 5, 8, 12],
  [3, 6, 9, 16],
  [10,13,14,17]
]
目标值:5

1. 从右上角11开始:11 > 5 → 左移至7
2. 7 > 5 → 左移至4
3. 4 < 5 → 下移至5
4. 5 == 5 → 找到目标!

代码实现

java 复制代码
class Solution {
    public boolean searchMatrix(int[][] matrix, int target) {
        if (matrix == null || matrix.length == 0 || matrix[0].length == 0) {
            return false;
        }
        
        int row = 0;
        int col = matrix[0].length - 1; // 从右上角开始
        
        while (row < matrix.length && col >= 0) {
            int current = matrix[row][col];
            if (current == target) {
                return true;
            } else if (current > target) {
                col--; // 向左移动
            } else {
                row++; // 向下移动
            }
        }
        return false;
    }
}

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(m+n)O(m+n),其中 mm 为行数、nn 为列数。每一步移动都会排除一行或一列。
  • 空间复杂度:O(1)O(1),仅使用常量额外空间。
为什么这种方法有效?
  1. 利用了矩阵的全局排序特性:
    • 每行从左到右递增
    • 每列从上到下递增
  2. 每一步移动都基于当前值与目标值的比较:
    • 向左移动:当前值太大 → 丢弃当前列
    • 向下移动:当前值太小 → 丢弃当前行
对比其他方法
  1. 暴力搜索:时间复杂度 O(mn)O(mn),效率低下。
  2. 逐行二分搜索:时间复杂度 O(mlog⁡n)O(mlogn),适合列数远大于行数的情况。
  3. 右上角起点法:时间复杂度 O(m+n)O(m+n),在大多数情况下效率最高。
总结

通过从右上角(或左下角)出发,每一步排除一行或一列,我们可以在 O(m+n)O(m+n) 时间内高效解决这个问题。这种方法简洁、直观,且充分利用了矩阵的排序特性。建议在面试或实际编码中优先采用此解法。

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