题目描述(中等难度)
给定一个矩阵,然后找到所有含有 0 的地方,把该位置所在行所在列的元素全部变成 0。
解法一
暴力解法,用一个等大的空间把给定的矩阵存起来,然后遍历这个矩阵,遇到 0 就把原矩阵的当前行,当前列全部变作 0,然后继续遍历。
public void setZeroes(int[][] matrix) { int row = matrix.length; int col = matrix[0].length; int[][] matrix_copy = new int[row][col]; //复制矩阵 for (int i = 0; i < row; i++) { for (int j = 0; j < col; j++) { matrix_copy[i][j] = matrix[i][j]; } } for (int i = 0; i < row; i++) { for (int j = 0; j < col; j++) { //找到 0 的位置 if (matrix_copy[i][j] == 0) { //将当前行,当前列置为 0 setRowZeroes(matrix, i); setColZeroes(matrix, j); } } } } //第 col 列全部置为 0 private void setColZeroes(int[][] matrix, int col) { for (int i = 0; i < matrix.length; i++) { matrix[i][col] = 0; } } //第 rol 行全部置为 0 private void setRowZeroes(int[][] matrix, int row) { for (int i = 0; i < matrix[row].length; i++) { matrix[row][i] = 0; } }
时间复杂度:O ( mn )。
空间复杂度:O(mn)。m 和 n 分别是矩阵的行数和列数。
解法二
空间复杂度可以优化一下,我们可以把哪一行有 0 ,哪一列有 0 都记录下来,然后最后统一把这些行,这些列置为 0。
public void setZeroes(int[][] matrix) { int row = matrix.length; int col = matrix[0].length; //用两个 bool 数组标记当前行和当前列是否需要置为 0 boolean[] row_zero = new boolean[row]; boolean[] col_zero = new boolean[col]; for (int i = 0; i < row; i++) { for (int j = 0; j < col; j++) { //找到 0 的位置 if (matrix[i][j] == 0) { row_zero[i] = true; col_zero[j] = true; } } } //将行标记为 true 的行全部置为 0 for (int i = 0; i < row; i++) { if (row_zero[i]) { setRowZeroes(matrix, i); } } //将列标记为 false 的列全部置为 0 for (int i = 0; i < col; i++) { if (col_zero[i]) { setColZeroes(matrix, i); } } } //第 col 列全部置为 0 private void setColZeroes(int[][] matrix, int col) { for (int i = 0; i < matrix.length; i++) { matrix[i][col] = 0; } } //第 rol 行全部置为 0 private void setRowZeroes(int[][] matrix, int row) { for (int i = 0; i < matrix[row].length; i++) { matrix[row][i] = 0; } }
时间复杂度:O ( mn )。
空间复杂度:O(m + n)。m 和 n 分别是矩阵的行数和列数。
顺便说一下 leetcode 解法一说的解法,思想是一样的,只不过它没有用 bool 数组去标记,而是用两个 set 去存行和列。
class Solution { public void setZeroes(int[][] matrix) { int R = matrix.length; int C = matrix[0].length; Set<Integer> rows = new HashSet<Integer>(); Set<Integer> cols = new HashSet<Integer>(); // 将元素为 0 的地方的行和列存起来 for (int i = 0; i < R; i++) { for (int j = 0; j < C; j++) { if (matrix[i][j] == 0) { rows.add(i); cols.add(j); } } } //将存储的 Set 拿出来,然后将当前行和列相应的元素置零 for (int i = 0; i < R; i++) { for (int j = 0; j < C; j++) { if (rows.contains(i) || cols.contains(j)) { matrix[i][j] = 0; } } } } }
这里,有一个比自己巧妙的地方时,自己比较直接的用两个函数去将行和列分别置零,但很明显自己的算法会使得一些元素重复置零。而上边提供的算法,每个元素只遍历一次就够了,很棒。
解法三
继续优化空间复杂度,接下来用的思想之前也用过,例如41题解法二和47题解法二,就是用给定的数组去存我们需要的数据,只要保证原来的数据不丢失就可以。
按 47题解法二 的思路,就是假设我们对问题足够的了解,假设存在一个数,矩阵中永远不会存在,然后我们就可以把需要变成 0 的位置先变成这个数,也就是先标记一下,最后再统一把这个数变成 0。直接贴下leetcode解法二的代码。
class Solution { public void setZeroes(int[][] matrix) { int MODIFIED = -1000000; //假设这个数字不存在于矩阵中 int R = matrix.length; int C = matrix[0].length; for (int r = 0; r < R; r++) { for (int c = 0; c < C; c++) { //找到等于 0 的位置 if (matrix[r][c] == 0) { // 将需要变成 0 的行和列改为之前定义的数字 // 如果是 0 不要管,因为我们要找 0 的位置 for (int k = 0; k < C; k++) { if (matrix[r][k] != 0) { matrix[r][k] = MODIFIED; } } for (int k = 0; k < R; k++) { if (matrix[k][c] != 0) { matrix[k][c] = MODIFIED; } } } } } for (int r = 0; r < R; r++) { for (int c = 0; c < C; c++) { // 将是定义的数字的位置变成 0 if (matrix[r][c] == MODIFIED) { matrix[r][c] = 0; } } } } }
时间复杂度:O ( mn )。
空间复杂度:O(1)。m 和 n 分别是矩阵的行数和列数。
当然,这个解法局限性很强,很依赖于样例的取值,我们继续想其他的方法。
回想一下解法二,我们用了两个 bool 数组去标记当前哪些行和那些列需要置零,我们能不能在矩阵中找点儿空间去存我们的标记呢?
可以的!因为当我们找到第一个 0 的时候,这个 0 所在行和所在列就要全部更新成 0,所以它之前的数据是什么就不重要了,所以我们可以把这一行和这一列当做标记位,0 当做 false,1 当做 true,最后像解法二一样,统一更新就够了。
如上图,找到第一个 0 出现的位置,把橙色当做解法二的列标志位,黄色当做解法二的行标志位。
如上图,我们首先需要初始化为 0,并且遇到之前是 0 的位置我们需要把它置为 1,代表当前行(或者列)最终要值为 0。
如上图,继续遍历找 0 的位置,找到后将对应的位置置为 1 即可。橙色部分的数字为 1 代表当前列要置为 0,黄色部分的数字为 1 代表当前行要置为 0。
看下代码吧。
public void setZeroes(int[][] matrix) { int row = matrix.length; int col = matrix[0].length; int free_row = -1; //记录第一个 0 出现的行 int free_col = -1; //记录第一个 0 出现的列 for (int i = 0; i < row; i++) { for (int j = 0; j < col; j++) { //如果是当前作为标记的列,就跳过 if (j == free_col) { continue; } if (matrix[i][j] == 0) { //判断是否是第一个 0 if (free_row == -1) { free_row = i; free_col = j; //初始化行标记位为 0,如果之前是 0 就置为 1 for (int k = 0; k < matrix.length; k++) { if (matrix[k][free_col] == 0) { matrix[k][free_col] = 1; } else { matrix[k][free_col] = 0; } } //初始化列标记位为 0,如果之前是 0 就置为 1 for (int k = 0; k < matrix[free_row].length; k++) { if (matrix[free_row][k] == 0) { matrix[free_row][k] = 1; } else { matrix[free_row][k] = 0; } } break; //找 0 的位置,将相应的标志置 1 } else { matrix[i][free_col] = 1; matrix[free_row][j] = 1; } } } } if (free_row != -1) { //将标志位为 1 的所有列置为 0 for (int i = 0; i < col; i++) { if (matrix[free_row][i] == 1) { setColZeroes(matrix, i); } } //将标志位为 1 的所有行置为 0 for (int i = 0; i < row; i++) { if (matrix[i][free_col] == 1) { setRowZeroes(matrix, i); } } } } private void setColZeroes(int[][] matrix, int col) { for (int i = 0; i < matrix.length; i++) { matrix[i][col] = 0; } } private void setRowZeroes(int[][] matrix, int row) { for (int i = 0; i < matrix[row].length; i++) { matrix[row][i] = 0; } }
时间复杂度:O ( mn )。
空间复杂度:O(1)。
leetcode解法三和我的思想是一样的,它标记位直接用第一行和第一列,由于第一行和第一列不一定会被置为 0,所以需要用 isCol 变量来标记第一列是否需要置为 0,用 matrix[0][0] 标记第一行是否需要置为 0。它是将用 0 表示当前行(列)需要置 0,这一点也很巧妙,相比我上边的算法就不需要初始化标记位了。
class Solution { public void setZeroes(int[][] matrix) { Boolean isCol = false; int R = matrix.length; int C = matrix[0].length; for (int i = 0; i < R; i++) { //判断第 1 列是否需要置为 0 if (matrix[i][0] == 0) { isCol = true; } //找 0 的位置,将相应标记置 0 for (int j = 1; j < C; j++) { if (matrix[i][j] == 0) { matrix[0][j] = 0; matrix[i][0] = 0; } } } //根据标志,将元素置 0 for (int i = 1; i < R; i++) { for (int j = 1; j < C; j++) { if (matrix[i][0] == 0 || matrix[0][j] == 0) { matrix[i][j] = 0; } } } //判断第一行是否需要置 0 if (matrix[0][0] == 0) { for (int j = 0; j < C; j++) { matrix[0][j] = 0; } } //判断第一列是否需要置 0 if (isCol) { for (int i = 0; i < R; i++) { matrix[i][0] = 0; } } } }
总
这道题如果对空间复杂度没有要求就很简单了,对于空间复杂度的优化,充分利用给定的空间的思想很经典了。