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0073. 矩阵置零

题目地址(73. 矩阵置零)

https://leetcode-cn.com/problems/set-matrix-zeroes/

题目描述

给定一个 m x n 的矩阵,如果一个元素为 0,则将其所在行和列的所有元素都设为 0。请使用原地算法。示例 1:输入:[  [1,1,1],  [1,0,1],  [1,1,1]]输出:[  [1,0,1],  [0,0,0],  [1,0,1]]示例 2:输入:[  [0,1,2,0],  [3,4,5,2],  [1,3,1,5]]输出:[  [0,0,0,0],  [0,4,5,0],  [0,3,1,0]]进阶:一个直接的解决方案是使用  O(mn) 的额外空间,但这并不是一个好的解决方案。一个简单的改进方案是使用 O(m + n) 的额外空间,但这仍然不是最好的解决方案。你能想出一个常数空间的解决方案吗?

前置知识

  • 状态压缩

公司

  • 阿里

  • 百度

  • 字节

思路

符合直觉的想法是,使用一个 m + n 的数组来表示每一行每一列是否”全部是 0“, 先遍历一遍去构建这样的 m + n 数组,然后根据这个 m + n 数组去修改 matrix 即可。

73.set-matrix-zeroes-1

这样的时间复杂度 O(m * n), 空间复杂度 O(m + n).

代码如下:

var setZeroes = function (matrix) {  if (matrix.length === 0) return matrix;  const m = matrix.length;  const n = matrix[0].length;  const zeroes = Array(m + n).fill(false);  for (let i = 0; i < m; i++) {    for (let j = 0; j < n; j++) {      const item = matrix[i][j];      if (item === 0) {        zeroes[i] = true;        zeroes[m + j] = true;      }    }  }  for (let i = 0; i < m; i++) {    if (zeroes[i]) {      matrix[i] = Array(n).fill(0);    }  }  for (let i = 0; i < n; i++) {    if (zeroes[m + i]) {      for (let j = 0; j < m; j++) {        matrix[j][i] = 0;      }    }  }  return matrix;};

但是这道题目还有一个 follow up, 要求使用 O(1)的时间复杂度。因此上述的方法就不行了。 但是我们要怎么去存取这些信息(哪一行哪一列应该全部为 0)呢?

一种思路是使用第一行第一列的数据来代替上述的 zeros 数组。 这样我们就不必借助额外的存储空间,空间复杂度自然就是 O(1)了。

由于我们不能先操作第一行和第一列, 因此我们需要记录下”第一行和第一列是否全是 0“这样的一个数据,最后根据这个信息去 修改第一行和第一列。

具体步骤如下:

  • 记录下”第一行和第一列是否全是 0“这样的一个数据

  • 遍历除了第一行和第一列之外的所有的数据,如果是 0,那就更新第一行第一列中对应的元素为 0

    你可以把第一行第一列看成我们上面那种解法使用的 m + n 数组。

  • 根据第一行第一列的数据,更新 matrix

  • 最后根据我们最开始记录的”第一行和第一列是否全是 0“去更新第一行和第一列即可

73.set-matrix-zeroes-2

关键点

  • 使用第一行和第一列来替代我们 m + n 数组

  • 先记录下”第一行和第一列是否全是 0“这样的一个数据,否则会因为后续对第一行第一列的更新造成数据丢失

  • 最后更新第一行第一列

代码

  • 语言支持:JS,Python3

/* * @lc app=leetcode id=73 lang=javascript * * [73] Set Matrix Zeroes *//** * @param {number[][]} matrix * @return {void} Do not return anything, modify matrix in-place instead. */var setZeroes = function (matrix) {  if (matrix.length === 0) return matrix;  const m = matrix.length;  const n = matrix[0].length;  // 时间复杂度 O(m * n), 空间复杂度 O(1)  let firstRow = false; // 第一行是否应该全部为0  let firstCol = false; // 第一列是否应该全部为0  for (let i = 0; i < m; i++) {    for (let j = 0; j < n; j++) {      const item = matrix[i][j];      if (item === 0) {        if (i === 0) {          firstRow = true;        }        if (j === 0) {          firstCol = true;        }        matrix[0][j] = 0;        matrix[i][0] = 0;      }    }  }  for (let i = 1; i < m; i++) {    for (let j = 1; j < n; j++) {      const item = matrix[i][j];      if (matrix[0][j] == 0 || matrix[i][0] == 0) {        matrix[i][j] = 0;      }    }  }  // 最后处理第一行和第一列  if (firstRow) {    for (let i = 0; i < n; i++) {      matrix[0][i] = 0;    }  }  if (firstCol) {    for (let i = 0; i < m; i++) {      matrix[i][0] = 0;    }  }  return matrix;};

Python3 Code:

直接修改第一行和第一列为 0 的解法:

class Solution:    def setZeroes(self, matrix: List[List[int]]) -> None:        """        Do not return anything, modify matrix in-place instead.        """        def setRowZeros(matrix: List[List[int]], i:int) -> None:            C = len(matrix[0])            matrix[i] = [0] * C        def setColZeros(matrix: List[List[int]], j:int) -> None:            R = len(matrix)            for i in range(R):                matrix[i][j] = 0        isCol = False        R = len(matrix)        C = len(matrix[0])        for i in range(R):            if matrix[i][0] == 0:                isCol = True            for j in range(1, C):                if matrix[i][j] == 0:                    matrix[i][0] = 0                    matrix[0][j] = 0        for j in range(1, C):            if matrix[0][j] == 0:                setColZeros(matrix, j)        for i in range(R):            if matrix[i][0] == 0:                setRowZeros(matrix, i)        if isCol:            setColZeros(matrix, 0)

另一种方法是用一个特殊符合标记需要改变的结果,只要这个特殊标记不在我们的题目数据范围(0 和 1)即可,这里用 None。

class Solution:    def setZeroes(self, matrix: List[List[int]]) -> None:        """        这题要解决的问题是,必须有个地方记录判断结果,但又不能影响下一步的判断条件;        直接改为0的话,会影响下一步的判断条件;        因此,有一种思路是先改为None,最后再将None改为0;        从条件上看,如果可以将第一行、第二行作为记录空间,那么,用None应该也不算违背题目条件;        """        rows = len(matrix)        cols = len(matrix[0])        # 遍历矩阵,用None记录要改的地方,注意如果是0则要保留,否则会影响下一步判断        for r in range(rows):            for c in range(cols):                if matrix[r][c] is not None and matrix[r][c] == 0:                    # 改值                    for i in range(rows):                        matrix[i][c] = None if matrix[i][c] != 0 else 0                    for j in range(cols):                        matrix[r][j] = None if matrix[r][j] != 0 else 0        # 再次遍历,将None改为0        for r in range(rows):            for c in range(cols):                if matrix[r][c] is None:                    matrix[r][c] = 0

复杂度分析

  • 时间复杂度:$O(M * N)$

  • 空间复杂度:$O(1)$

大家对此有何看法,欢迎给我留言,我有时间都会一一查看回答。更多算法套路可以访问我的 LeetCode 题解仓库:https://github.com/azl397985856/leetcode 。 目前已经 37K star 啦。 大家也可以关注我的公众号《力扣加加》带你啃下算法这块硬骨头。

扩展

为什么选择第一行第一列,选择其他行和列可以么?为什么?

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这有帮助吗?


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