题目:

城市的 天际线 是从远处观看该城市中所有建筑物形成的轮廓的外部轮廓。

给你所有建筑物的位置和高度,请返回 由这些建筑物形成的 天际线 。

每个建筑物的几何信息由数组 buildings 表示,其中三元组 buildings[i] = [lefti, righti, heighti] 表示:

lefti 是第 i 座建筑物左边缘的 x 坐标。 righti 是第 i 座建筑物右边缘的 x 坐标。 heighti 是第 i 座建筑物的高度。 你可以假设所有的建筑都是完美的长方形,在高度为 0 的绝对平坦的表面上。

天际线 应该表示为由 “关键点” 组成的列表,格式 [[x1,y1],[x2,y2],…] ,并按 x 坐标 进行 排序 。

关键点是水平线段的左端点。列表中最后一个点是最右侧建筑物的终点,y 坐标始终为 0 ,仅用于标记天际线的终点。

此外,任何两个相邻建筑物之间的地面都应被视为天际线轮廓的一部分。

注意:输出天际线中不得有连续的相同高度的水平线。

例如 […[2 3], [4 5], [7 5], [11 5], [12 7]…] 是不正确的答案;三条高度为 5 的线应该在最终输出中合并为一个:[…[2 3], [4 5], [12 7], …]

示例 1:

demo1

输入:buildings = [[2,9,10],[3,7,15],[5,12,12],[15,20,10],[19,24,8]] 输出:[[2,10],[3,15],[7,12],[12,0],[15,10],[20,8],[24,0]] 解释: 图 A 显示输入的所有建筑物的位置和高度, 图 B 显示由这些建筑物形成的天际线。图 B 中的红点表示输出列表中的关键点。 示例 2:

输入:buildings = [[0,2,3],[2,5,3]] 输出:[[0,3],[5,0]]

提示:

1 <= buildings.length <= 10^4 0 <= lefti < righti <= 2^31 - 1 1 <= heighti <= 2^31 - 1 buildings 按 lefti 非递减排序

理解

这一套题,非常的抽象。

引用一下别人的解释:

这道题难点在于理解。天际线这一情景十分抽象,我们不如将这道题转化为另一个情景--物种统治问题:

假设[lefti, righti, heighti] 存放的是某一物种的出现、灭绝时间和能力值,某一时刻存活的能力值最高的物种统治世界。要求得每次统治的开始时间和统治物种的能力值。

这样就很容易思考了:

首先用(time,+/-ability)来记录每个物种的出现、灭绝时间(正负号用于区分是出现时间还是灭绝时间),并按照时间顺序排序。

维持一个大顶堆,当一个物种出现时,将对应的能力值丢入大顶堆;当一个物种灭绝时,将对应的能力从大顶堆中拿出。

这样,大顶堆就时刻维持着当前统治的物种的能力值。进而求得每次统治的开始时间和对应能力值。

默认存在一个能力值为0,存在时间无限的憨憨物种兜底。

我们只需要计算一个物种的开始时间+对应的能力值。

解题思路

观察示例不难发现关键点是高度发生变化的第一个点,所以我们可以通过扫描线法来解这个问题。我们首先需要建立一个最小堆,最小堆中维护当前位置最大高度,如果当前的最大高度发生变化就将其加入结果即可。

我们需要关注高度,所以一定会有Hi(从大到小的顺序排序),同时我们希望按照Li的大小(从小到大)排序,所以我们存放的结构就是[Li,-Hi,Ri];还需要考虑最后一个关键点的问题,最后一个关键点高度是0,并且按照Ri从小到大排序,此时我们存放的结构就是[Ri,0,0](将右端点高度看成是0非常关键)。我们将上面的结构进行排序得到一个关键点的集合。

现在思考遍历集合的过程中会出现的问题。

如图所示:

解题思路

首先,如果高度不是0的话,我们需要将[Hi, Ri](通过Hi确定最大高度,通过Ri确定最大高度的有效位置)加入到最小堆中,以维护当前位置的最大高度。

如果最大高度的右端点已经超过了当前遍历的位置,说明当前最大高度失效,所以将其弹出。

如果高度出现变化,那么我们将变化的高度添加到结果中,此时结果中添加的是[Li,-Hi]。

最后代码非常简洁:

import heapq
class Solution:
    def getSkyline(self, buildings: List[List[int]]) -> List[List[int]]:
        points = [(L, -H, R) for L, R, H in buildings] + [(R, 0, 0) for R in set(r for _, r, _ in buildings)]
        points.sort()
        heap, res = [(0, float('inf'))], [[0, 0]]
        for l, nh, r in points:
            while heap[0][1] <= l:
                heapq.heappop(heap)
            if nh:
                heapq.heappush(heap, (nh, r))
            if res[-1][1] != -heap[0][0]:
                res += [[l, -heap[0][0]]]
        return res[1:]

这个问题采用分治法也是不错的思路。

需要考虑两个建筑物的合并过程,主要分成三种情况:

left_l < right_l left_l > right_l left_l = right_l

其中left_l表示左边建筑物的l坐标,right_l表示右边建筑物的l坐标。

第一种情况如图所示:

c1

其中lh和rh用于记录左右建筑物的高度,初始值为0。

此时需要添加的点的坐标就是[left_l, max(left_h, rh)],其中left_h表示当前左边建筑物的高度。

第二种情况如图所示:

c2

此时需要添加的点的坐标就是[right_l, max(right_h, lh)],其中right_h表示当前右边建筑物的高度。

第三种情况如图所示:

c3

此时需要添加的点的坐标就是[left_l, max(right_h, left_h)]。

最后需要思考边界问题,当建筑物的数量是0的时候,直接返回空数组;

当建筑物的数量是1的时候,直接返回[[buildings[0][0], buildings[0][2]], [buildings[0][1], 0]](也就是左上角点和右下角点)。

class Solution:
    def getSkyline(self, buildings):
        if not buildings: 
            return []
        if len(buildings) == 1:
            return [[buildings[0][0], buildings[0][2]], [buildings[0][1], 0]]
        
        mid = len(buildings) // 2
        left = self.getSkyline(buildings[:mid])
        right = self.getSkyline(buildings[mid:])
        return self.merge(left, right)
    
    def merge(self, left, right):
        lh = rh = l = r = 0
        res = []
        while l < len(left) and r < len(right):
            if left[l][0] < right[r][0]:
                cp = [left[l][0], max(left[l][1], rh)]
                lh = left[l][1]
                l += 1
            elif left[l][0] > right[r][0]:
                cp = [right[r][0], max(right[r][1], lh)]
                rh = right[r][1]
                r += 1
            else:
                cp = [left[l][0], max(left[l][1], right[r][1])]
                lh, rh = left[l][1], right[r][1]
                l += 1
                r += 1
            if len(res) == 0 or res[-1][1] != cp[1]:
                res.append(cp)
        res += left[l:] + right[r:]
        return res

v1-暴力算法

TBC…

思路

小结

参考资料

https://leetcode.cn/problems/the-skyline-problem/description/