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LC-1439. 有序矩阵中的第 k 个最小数组和（二分答案、多路归并）

news 2025/6/27 7:19:06

1439. 有序矩阵中的第 k 个最小数组和

难度困难120

给你一个 m * n 的矩阵 mat，以及一个整数 k ，矩阵中的每一行都以非递减的顺序排列。

你可以从每一行中选出 1 个元素形成一个数组。返回所有可能数组中的第 k 个最小数组和。

示例 1：

输入：mat = [[1,3,11],[2,4,6]], k = 5
输出：7
解释：从每一行中选出一个元素，前 k 个和最小的数组分别是：
[1,2], [1,4], [3,2], [3,4], [1,6]。其中第 5 个的和是 7 。

示例 2：

输入：mat = [[1,3,11],[2,4,6]], k = 9
输出：17

示例 3：

输入：mat = [[1,10,10],[1,4,5],[2,3,6]], k = 7
输出：9
解释：从每一行中选出一个元素，前 k 个和最小的数组分别是：
[1,1,2], [1,1,3], [1,4,2], [1,4,3], [1,1,6], [1,5,2], [1,5,3]。其中第 7 个的和是 9 。

示例 4：

输入：mat = [[1,1,10],[2,2,9]], k = 7
输出：12

提示：

m == mat.length
n == mat.length[i]
1 <= m, n <= 40
1 <= k <= min(200, n ^ m)
1 <= mat[i][j] <= 5000
mat[i] 是一个非递减数组

二分查找解决第k小问题

https://leetcode.cn/problems/find-the-kth-smallest-sum-of-a-matrix-with-sorted-rows/solution/by-lfool-w2ul/

719. 找出第 K 小的数对距离

1439. 有序矩阵中的第 k 个最小数组和

我们先明确一下原问题：「返回所有可能数组中的第 k 个最小数组和」

对于一个给定的数组和 sum，如果该数组和小了，那我们就「向右收缩」；如果该数组和大了，那我们就「向左收缩」；如果该数组和满足要求，那我们能不能找一个更小的且满足要求的数组和，所以需要继续「向左收缩」(是不是很像「寻找最左相等元素」？自信点，就是「寻找最左相等元素」)

所以「搜索对象」是什么？？很明显就是「数组和」嘛！！

那「搜索范围」又是什么呢？？

数组和最小值可以到达多少？肯定是该矩形的第一列组成的组数和嘛 (矩形每行递增)
数组和最大值可以到达多少？肯定是该矩形的最后一列组成的组数和嘛 (矩形每行递增)

明确了「搜索对象」和「搜索范围」，我们还需要搞清楚怎么确定数组和小了还是大了，肯定要有一个参考对象才能确定近还是远嘛

很聪明，这个参考对象就是题目给的「第 k 最小」。对于数组和 sum，小于等于该数组和的数量为 n，如果 n < k 说明数组和小了；如果 n > k 说明数组和大了

class Solution {// https://leetcode.cn/problems/find-the-kth-smallest-sum-of-a-matrix-with-sorted-rows/solution/by-lfool-w2ul/int m, n, k;int[][] mat;int cnt = 0; // 计算小于等于当前数组和的数量public int kthSmallest(int[][] mat, int k) {this.k = k;this.mat = mat;m = mat.length;n = mat[0].length;// 搜索范围int left = 0, right = 0;for (int i = 0; i < m; i++) {left += mat[i][0];right += mat[i][n - 1];}// 把最小值设为初始值int init = left;while (left <= right) {int mid = left - (left - right) / 2;// 初始值也算一个可行解cnt = 1;dfs(0, init, mid);// 对应数组和大了，向左收缩if (cnt >= k) right = mid - 1;// 对应数组和小了，向右收缩else left = mid + 1;}return left;}// DFS 计算 小于等于 target 的数量private void dfs(int row, int sum, int target) {// 特殊情况，直接返回// sum > target：当前数组和大于 target// cnt > k：当前小于等于 target 的数量大于 k// row >= m：已经到达最后一行 (结束条件)if (sum > target || cnt > k || row >= m) return;// 不做交换dfs(row + 1, sum, target);// 分别与 [1, n-1] 交换for (int i = 1; i < n; i++) {// 更新数组和：减去「第一个元素」，加上「要交换的元素」int newSum = sum - mat[row][0] + mat[row][i];// 交换后的数组和大于 target，直接跳出循环// 原因：由于每行元素递增，所以当前元素大了，该行后面的元素肯定也大了if (newSum > target) break;// 满足要求，cnt + 1cnt++;// 搜索下一行dfs(row + 1, newSum, target);}}
}

多路归并

题解：https://leetcode.cn/problems/find-the-kth-smallest-sum-of-a-matrix-with-sorted-rows/solution/by-lfool-z9n4/

class Solution {// 对于每次弹出队顶元素后，需要把 n 个元素入队public int kthSmallest(int[][] mat, int k) {int m = mat.length, n = mat[0].length;Set<String> set = new HashSet<>();// 构造一个最小堆PriorityQueue<int[]> q = new PriorityQueue<>((a, b) -> a[m] - b[m]);// init[0..m-1] 存储矩阵的一列元素的下标// init[m]存储该列的和int[] init = new int[m+1];for(int i = 0; i < m; i++){init[m] += mat[i][0];init[i] = 0;}q.offer(init);set.add(Arrays.toString(init));while(k-- > 0){int[] cur = q.poll();if(k == 0) return cur[m];// 构造处需要加入堆的元素，一共m个for(int i = 0; i < m; i++){int[] tmp = (int[])Arrays.copyOf(cur, m+1);if(tmp[i] + 1 >= n)continue; // 下标越界了tmp[m] += mat[i][tmp[i] + 1] - mat[i][tmp[i]]; // 下标i往前进，tmp[m]处增加上变化量tmp[i] += 1;String s = Arrays.toString(tmp);if(set.contains(s)) continue;q.offer(tmp);set.add(s);}}return -1;}
}