双指针2--盛水最多的容器

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题目回顾

LeetCode 第 11 题 盛最多水的容器 是一道经典的双指针应用题目。

题目大意:

  • 给定一个整数数组 height,数组中的每个元素代表一条垂直线的高度
  • 我们需要选出两条线,与 x 轴组成一个容器
  • 目标是让这个容器能装下最多的水(面积最大)
  • 注意:容器不能倾斜

示例:输入:height = [1,8,6,2,5,4,8,3,7]输出:49解释:选高度为 8(索引 1)和 7(索引 8)的两条线,容器宽度为 7,高度为 7,面积为 7×7=49。

思路解析

1. 暴力解法(思路简单但低效)

最直观的思路是枚举所有可能的两条线的组合,计算它们的面积,然后取最大值。

  • 时间复杂度:O(n²),需要双重循环遍历所有组合
  • 空间复杂度:O(1),只需要常数空间

这种方法在数组长度较大时会超时,无法通过所有测试用例。


2. 双指针解法(最优解)

我们可以用双指针法将时间复杂度优化到 O(n),这也是这道题的标准解法。

核心思路:

  1. 初始化两个指针,left 指向数组开头,right 指向数组结尾。
  2. 计算当前指针所指两条线组成的容器面积:面积 = (right - left) × min(height[left], height[right])
  3. 移动高度较小的那个指针:
    • 如果 height[left] < height[right],说明左边的线是 "短板",移动 left 指针向右
    • 否则,移动 right 指针向左
  4. 重复步骤 2-3,直到两个指针相遇。

**为什么这样移动指针是正确的?**这是一个贪心的策略。因为容器的面积由宽度和短板的高度决定。

  • 如果移动较高的那个指针,宽度会减小,而短板的高度不会增加,所以面积只会更小。
  • 只有移动较矮的那个指针,才有可能找到更高的线,从而得到更大的面积。

完整代码实现(C++)

cpp

复制代码
class Solution {
public:
    int maxArea(vector<int>& height) {
        int left = 0;
        int right = height.size() - 1;
        int max_area = 0;
        
        while (left < right) {
            // 计算当前容器的宽度
            int width = right - left;
            // 计算当前容器的面积
            int current_area = width * min(height[left], height[right]);
            // 更新最大面积
            max_area = max(max_area, current_area);
            
            // 移动高度较小的指针
            if (height[left] < height[right]) {
                left++;
            } else {
                right--;
            }
        }
        
        return max_area;
    }
};

复杂度分析

  • 时间复杂度 :O(n),数组中的每个元素最多被访问一次。
  • 空间复杂度 :O(1),只使用了常数级别的额外空间。

测试验证

我们用题目中的示例输入 [1,8,6,2,5,4,8,3,7] 来验证代码:

  1. 初始 left=0,right=8,面积为 8 × 1 = 8。
  2. 因为 height[0] < height[8],移动 left 到 1。
  3. 此时 left=1,right=8,面积为 7 × 7 = 49,这是目前的最大值。
  4. 因为 height[8] < height[1],移动 right 到 7。
  5. 继续这个过程,直到指针相遇,最终得到最大面积 49。

总结

双指针法是解决这类数组区间问题的利器,它通过贪心策略,在一次遍历中就找到最优解,时间效率极高。

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