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如何用最少箭数击破一排高度各异的气球:贪心 + 哈希计数解法

梦涛大大_8512

梦涛大大_8512

发布时间:2026-01-23 13:14:11

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来源于php中文网

原创

如何用最少箭数击破一排高度各异的气球:贪心 + 哈希计数解法

本文介绍解决“baloni”问题的最优算法——通过哈希表维护各高度剩余气球数,对每个气球尝试复用前一高度(+1)的箭路径,从而最小化新增箭数。时间复杂度 o(n),无需排序或修改原数组。

该问题本质是求最少箭数,使得每支箭从左向右水平射出,初始高度为某整数 h,每击破一个气球后高度自动减 1(即下一支被击中的气球必须恰好位于高度 h−1)。因此,一支箭能连续击破的气球序列必须满足:从某个位置开始,其高度严格递减 1(如 5→4→3→2→1),且在数组中保持原有从左到右的相对顺序。

关键洞察在于:一支箭的轨迹可视为一条“高度递减链”,而每个气球只能被一条链覆盖;要最小化箭数,就应尽可能延长已有链,而非频繁新建。这提示我们采用贪心策略:对每个气球 h,优先尝试将其接续到一条“当前末端高度为 h+1”的箭链上(因为该链下一次可下降至 h);若不存在这样的链,则必须发射一支新箭,以 h 为起始高度开启新链。

实现时无需显式构建链,只需用哈希表 d 记录「当前有多少条箭链的末端高度恰好为 key」。遍历每个气球高度 h 时:

  • 若 d[h + 1] > 0,说明存在一条末端在 h+1 的链,可延伸至此气球 → 将 d[h + 1] 减 1,并将 d[h] 加 1(链末端更新为 h);
  • 否则,必须新增一支箭 → d[h] += 1。

最终,sum(d.values()) 即为所有未被接续、仍处于活跃状态的箭链数量,也就是最小箭数。

以下是完整可运行代码:

def min_arrows(balloons):
    from collections import defaultdict
    d = defaultdict(int)  # d[h] = 当前末端高度为 h 的箭链数量
    for h in balloons:
        if d[h + 1] > 0:
            d[h + 1] -= 1
        d[h] += 1
    return sum(d.values())

# 示例验证
print(min_arrows([2, 1, 5, 4, 3]))  # 输出: 2
print(min_arrows([5, 4, 3, 2, 1]))  # 输出: 1
print(min_arrows([1, 2, 3, 4, 5]))  # 输出: 5

注意事项:

  • 绝对不要对输入数组排序(如原始错误代码),否则破坏左右顺序约束,导致逻辑失效;
  • 不应原地修改 balloons 数组,所有状态应由辅助数据结构(如 defaultdict)独立维护;
  • 使用 defaultdict(int) 可避免手动检查键是否存在,提升代码简洁性与鲁棒性;
  • 该算法时间复杂度为 O(n),空间复杂度为 O(H),其中 H 是不同高度的数量,实际中非常高效。

此解法已通过 Kattis 平台全部测试用例,是解决 Baloni 问题的标准贪心范式。

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