LeetCode 3546. 等和矩阵分割

LeetCode 3546. 等和矩阵分割

题目描述

给定一个 m x n 的整数网格 grid,判断是否存在一条水平线 或垂直线,将网格分割成两个非空部分,使得两部分内的所有数字之和相等。

注意:切割线必须位于两行或两列之间,且两部分不能为空。

思路分析

本题的核心是判断是否存在一种分割方式,使两侧元素和相等。直接暴力枚举所有可能的水平或垂直切割线,计算两侧和即可,但需要高效实现。

关键点

  • 水平分割:计算行前缀和,判断是否等于总和的一半。
  • 垂直分割:可以旋转网格,将垂直问题转化为水平问题,复用同一逻辑。
  • 总和为偶数 :若总和为奇数,则直接返回 false(代码中通过 s*2 == total 隐式判断)。

算法步骤

  1. 计算网格所有元素的总和 total。
  2. 定义函数 check(a),检查矩阵 a 是否存在一条水平切割线(位于行之间),使得切割线上方的行和等于 total/2。
    • 遍历每一行,累加当前行元素和,若当前累加和等于 total/2 且不是最后一行(保证下方非空),则返回 true。
  3. 对原网格执行 check,如果返回 true,则说明存在水平分割。
  4. 否则,将原网格顺时针旋转 90 度,再对旋转后的网格执行 check,如果返回 true,则说明存在垂直分割(因为原网格的垂直分割对应旋转后的水平分割)。
  5. 若以上均不满足,返回 false。

旋转实现

旋转函数 rotate 将矩阵顺时针旋转 90 度:

  • 原矩阵 a 大小为 m x n,旋转后矩阵 b 大小为 n x m。
  • 映射公式:b[j][m - 1 - i] = a[i][j]。
  • 这样,原网格的垂直切割 在旋转后变成了水平切割 ,可以直接用 check 判断。

代码实现

cpp 复制代码
class Solution {
    // 顺时针旋转矩阵 90 度
    vector<vector<int>> rotate(vector<vector<int>>& a) {
        int m = a.size(), n = a[0].size();
        vector b(n, vector<int>(m));
        for (int i = 0; i < m; i++)
            for (int j = 0; j < n; j++)
                b[j][m - 1 - i] = a[i][j];
        return b;
    }

public:
    bool canPartitionGrid(vector<vector<int>>& grid) {
        long long total = 0;
        // 计算所有元素之和
        for (auto& row : grid)
            for (int x : row)
                total += x;

        // 检查是否存在水平切割线(行间)
        auto check = [&](vector<vector<int>> a) -> bool {
            long long s = 0;
            for (int i = 0; i + 1 < a.size(); i++) {
                // 使用 C++17 的 reduce 计算当前行和
                s += reduce(a[i].begin(), a[i].end(), 0LL);
                if (s * 2 == total)   // 等价于 s == total/2
                    return true;
            }
            return false;
        };

        // 尝试水平分割 或 垂直分割(通过旋转)
        return check(grid) || check(rotate(grid));
    }
};

复杂度分析

  • 时间复杂度 :O(m * n)。计算总和需要 O(mn),check 函数需要 O(mn)(遍历所有元素一次),旋转同样需要 O(mn),整体线性。
  • 空间复杂度 :O(mn)。旋转时创建了新的矩阵,若不允许额外空间,可优化为直接计算列前缀和,但这里实现简单易懂。

注意事项

  1. 整数溢出 :网格元素可能较大,累加和应使用 long long 类型。
  2. 非空切割 :切割线必须位于两行或两列之间,因此 check 循环条件 i + 1 < a.size() 保证了下方至少有一行。
  3. C++17 特性 :std::reduce 需要包含 <numeric> 头文件(代码中未显式包含,实际编译时需要)。如果环境不支持,可用 accumulate 代替。
  4. 旋转的正确性:顺时针旋转 90 度后,原网格的列变成了行,因此垂直切割变为水平切割,逻辑成立。
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