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简答题

最小矩阵

小蓝有一个100行100列的矩阵,矩阵的左上角为1。其它每个位置正好比其左边的数大2,比其上边的数大1。

例如,第1行第2列为3,第2行第2列为4,第10行第20列为48。

小蓝想在矩阵中找到一个由连续的若干行、连续的若干列组成的子矩阵,使得其和为2022,请问这个子矩阵中至少包含多少个元素(即子矩阵的行数和列数的乘积)。

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答案:

由于矩阵的生成规律,我们可以通过数学公式来找到规律,然后计算符合条件的子矩阵的最小面积。

解析:

【喵呜刷题小喵解析】:
首先,我们观察矩阵的生成规律,可以发现每个元素的值等于其左边元素的值加2,加上其上边元素的值加1。因此,我们可以使用数学公式来表示这个规律,即第i行第j列的元素值为:

\(a_{ij} = a_{(i-1)j} + 2 + a_{i(j-1)} + 1\)

其中,\(a_{0j} = 1\),\(a_{i0} = 1\)。

然后,我们需要找到一个符合条件的子矩阵,使得其元素之和为2022。由于矩阵很大,直接暴力枚举所有可能的子矩阵是不现实的,我们需要采用一些优化的方法。

我们可以观察到,由于矩阵的生成规律,每个元素的值都与其位置有关,因此我们可以将矩阵中的元素按照其值进行排序,然后枚举所有可能的子矩阵,计算其元素之和,并判断是否等于2022。

但是,这种方法的时间复杂度仍然很高,我们需要进一步优化。我们可以观察到,由于矩阵的生成规律,每个元素的值都是唯一的,因此我们可以使用哈希表来记录每个元素出现的位置,从而快速判断一个子矩阵的元素之和是否等于2022。

具体实现时,我们可以从矩阵的左上角开始,枚举所有可能的子矩阵的左上角位置,然后向右下方扩展,直到找到一个符合条件的子矩阵。在扩展的过程中,我们可以使用哈希表来记录每个元素出现的位置,从而快速计算子矩阵的元素之和。

由于矩阵的大小为100行100列,因此我们可以使用两层循环来枚举所有可能的子矩阵的左上角位置,时间复杂度为O(n^2),其中n为矩阵的大小。在每次枚举的过程中,我们需要使用哈希表来记录每个元素出现的位置,时间复杂度为O(m),其中m为矩阵中不同元素的个数。因此,总时间复杂度为O(n^2m),可以承受。

最终,我们可以找到符合条件的子矩阵,并计算其面积,即子矩阵的行数和列数的乘积。由于题目要求找到最小的子矩阵,因此我们需要在找到符合条件的子矩阵后,继续向右下方扩展,找到包含元素个数最少的子矩阵。

因此,我们需要使用两层循环来枚举所有可能的子矩阵的左上角位置,并使用哈希表来记录每个元素出现的位置,从而快速计算子矩阵的元素之和,并找到符合条件的子矩阵。最终,我们可以找到最小的符合条件的子矩阵,并计算其面积。
创作类型:
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