LeetCode 56. 合并区间

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以数组 intervals 表示若干个区间的集合,其中单个区间为 intervals[i] = [starti, endi] 。请你合并所有重叠的区间,并返回 一个不重叠的区间数组,该数组需恰好覆盖输入中的所有区间

示例 1:

css 复制代码
输入: intervals = [[1,3],[2,6],[8,10],[15,18]]
输出: [[1,6],[8,10],[15,18]]
解释: 区间 [1,3] 和 [2,6] 重叠, 将它们合并为 [1,6].

示例 2:

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输入: intervals = [[1,4],[4,5]]
输出: [[1,5]]
解释: 区间 [1,4] 和 [4,5] 可被视为重叠区间。

示例 3:

lua 复制代码
输入: intervals = [[4,7],[1,4]]
输出: [[1,7]]
解释: 区间 [1,4] 和 [4,7] 可被视为重叠区间。

提示:

  • 1 <= intervals.length <= 104
  • intervals[i].length == 2
  • 0 <= starti <= endi <= 104

思路

如果我们按照区间的左端点排序,那么在排完序的列表中,可以合并的区间一定是连续的。如下图所示,标记为蓝色、黄色和绿色的区间分别可以合并成一个大区间,它们在排完序的列表中是连续的:

算法

我们用数组 merged 存储最终的答案。

首先,我们将列表中的区间按照左端点升序排序。然后我们将第一个区间加入 merged 数组中,并按顺序依次考虑之后的每个区间:

如果当前区间的左端点在数组 merged 中最后一个区间的右端点之后,那么它们不会重合,我们可以直接将这个区间加入数组 merged 的末尾;

否则,它们重合,我们需要用当前区间的右端点更新数组 merged 中最后一个区间的右端点,将其置为二者的较大值。

正确性证明

上述算法的正确性可以用反证法来证明:在排完序后的数组中,两个本应合并的区间没能被合并,那么说明存在这样的三元组 (i,j,k) 以及数组中的三个区间 ai,aj,ak 满足 i<j<k 并且 (ai,ak) 可以合并,但 (ai,aj) 和 (aj,ak) 不能合并。这说明它们满足下面的不等式:

ai.end<aj.start(ai 和 aj 不能合并) aj.end<ak.start(aj 和 ak 不能合并) ai.end≥ak.start(ai 和 ak 可以合并) 我们联立这些不等式(注意还有一个显然的不等式 aj.start≤aj.end),可以得到:

ai.end<aj.start≤aj.end<ak.start 产生了矛盾!这说明假设是不成立的。因此,所有能够合并的区间都必然是连续的。

kotlin 复制代码
class Solution {
    fun merge(intervals: Array<IntArray>): Array<IntArray> {
        val mergeList = mutableListOf<IntArray>()
        // 按左端点升序排序
        intervals.sortWith { ints, ints1 ->
            ints[0] - ints1[0]
        }

        for (ints in intervals) {
            val left = ints[0]
            val right = ints[1]
            if (mergeList.isEmpty() || mergeList[mergeList.size - 1][1] < left) {
                mergeList.add(intArrayOf(left, right))
            } else {
                mergeList[mergeList.size - 1][1] = mergeList[mergeList.size - 1][1].coerceAtLeast(right)
            }
        }
        return mergeList.toTypedArray()
    }
}

复杂度分析

时间复杂度:O(nlogn),其中 n 为区间的数量。除去排序的开销,我们只需要一次线性扫描,所以主要的时间开销是排序的 O(nlogn)。

空间复杂度:O(logn),其中 n 为区间的数量。这里计算的是存储答案之外,使用的额外空间。O(logn) 即为排序所需要的空间复杂度。

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