2026-08-26:矩阵中的局部最大值Ⅱ。用go语言,给定一个大小为 n 行 m 列的整数矩阵,矩阵里所有数字都是大于等于 0 的。 对于矩阵中任意

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主题

使用线段树和ST表解决矩阵局部最大值计数问题。

摘要

本文详细解析力扣3933题,采用线段树与ST表优化二维最大值查询,并给出多语言实现。

关键信息

  • 1 题目来自力扣3933,要求统计矩阵中满足特定条件的局部最大值数量。
  • 2 解决方案使用线段树结合一维ST表进行二维范围最大值查询。
  • 3 提供了Go、Python、C++三种语言的完整代码实现。

2026-08-26:矩阵中的局部最大值Ⅱ。用go语言,给定一个大小为 n 行 m 列的整数矩阵,矩阵里所有数字都是大于等于 0 的。

对于矩阵中任意一个数值大于 0 的格子(称为“当前格子”),我们以它的数值作为半径,检查它周围的一个特定区域:

• 这个区域包括:以当前格子为中心,向上、下、左、右各延伸“当前数值”那么多行的所有格子。

  • • 但是,要排除那些行方向和列方向的距离都恰好等于当前数值的格子(也就是四个角上的最远点)。

  • • 同时,超出矩阵边界的格子不纳入考虑。

    如果当前格子满足以下两个条件,就称它为“局部最大值”:

    1. 它本身的值大于 0;

  • 2. 在上述所有被考虑的格子中,没有任何一个格子的数值比当前格子的数值更大(也就是当前格子的值是这些考虑范围内的最大值,允许相等)。

    最后,你需要统计整个矩阵中这样的“局部最大值”一共有多少个,并返回这个数量。

    1 <= n == matrix.length <= 200。

    1 <= m == matrix[i].length <= 200。

    0 <= matrix[i][j] <= 200。

    输入: matrix = [[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,2,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,0,0]]。

    输出: 1。

    2026-08-26:矩阵中的局部最大值Ⅱ。用go语言,给定一个大小为 n 行 m 列的整数矩阵,矩阵里所有数字都是大于等于 0 的。 对于矩阵中任意
    在这里插入图片描述

    解释:

    对于非零单元格 (3, 3) ,x = matrix[3][3] = 2 。

    高亮的单元格是在 (3, 3) 的 x 行和 x 列范围内被考虑的单元格。

    行距离和列距离都等于 x = 2 的四个单元格被忽略。

    没有一个被考虑的单元格的值大于 2 ,因此 (3, 3) 是一个局部最大值。

    没有其他非零单元格,所以答案是 1 。

    题目来自力扣3933。

    第一步:问题核心逻辑理解

    题目要求:

    • 对于每个 > 0 的格子(i, j),其值为x

  • • 要检查一个以它为中心、半径 x的方形区域(上下左右各延伸 x 行/列)。

  • • 但是,四个角的格子(即行差 == x 且 列差 == x 的位置)要排除在外

  • • 如果该区域内没有比它更大的数,就计数为“局部最大值”。

    这里“没有更大”的意思是可以有相等的值。

    第二步:代码的整体结构

    代码使用了线段树 + 一维ST表的二维范围最大值查询结构。

    主要结构:

    一维ST表(sparseTable):可以快速查询一维数组任意区间的最大值。

  • 线段树(seg):每个节点维护的是一个一维ST表,这个ST表代表某段连续行在每一列上的最大值。

    第三步:构建数据结构 1. 一维ST表

    • 输入一个数组a和合并函数op(这里是 max)。

  • • 构建st二维数组,st[k][j]表示从 j 开始长度为2^k的区间的最大值。

  • • 查询query(l, r)时,利用bits.Len8快速得到区间长度对应的 k,然后合并两个重叠区间取最大值。

  • • 这里因为数据范围 ≤ 200,使用bits.Len8是安全的。

    2. 线段树节点

    • 线段树每个节点代表一个行区间 [l, r]

  • • 叶子节点:直接对matrix[l](一行)建立一维ST表。

  • • 内部节点:

  • • 先分别构建左右子树。

  • • 取左右子树根节点(即对应行区间)的st[0](长度为 m 的数组)逐列取最大值,形成新的长度为 m 的数组。

  • • 再对这个新数组建立一维ST表。

    这样,每个线段树节点就保存了该行区间内,每一列的最大值,并且支持快速查询任意列区间。

    第四步:查询过程

    对于每个格子(i, j),值x

    • 我们要检查两个矩形区域的最大值:

    1.区域A:行范围[max(i-x, 0), min(i+x, n-1)],列范围[max(j-x+1, 0), min(j+x, m)](注意列左边少1,右边含j+x,从而避开四个角中的左右角)。

  • 2.区域B:行范围[max(i-x+1, 0), min(i+x-1, n-1)],列范围[max(j-x, 0), min(j+x+1, m)](行范围上下收缩一行,列范围扩展一格,也是避开四个角)。

    这两个区域合起来正好就是去除四个角的完整方形区域(因为四个角在这两个区域里都被分别排除了)。

    • 调用线段树的query方法,分别得到区域A和区域B的最大值。

  • • 如果这两个最大值都 ≤ x,则当前格子是局部最大值,计数加一。

    第五步:线段树的 query 过程

    query(node, l, r, r1, r2, c1, c2)

    node:当前节点,管理行区间 [l, r]。

  • [r1, r2]:要查询的行范围。

  • [c1, c2):要查询的列范围(左闭右开)。

  • • 如果当前节点完全被[r1, r2]包含,则直接返回该节点上ST表对列区间的查询结果。

  • • 否则,根据[r1, r2]与左右子树的交集,递归查询左右子树,并取最大值返回。

    第六步:主流程

    1. 获取矩阵大小n, m

  • 2. 构建线段树,大小根据n计算(2 << bits.Len(uint(n-1)))。

  • 3. 调用build填充线段树。

  • 4. 双重循环遍历所有格子:

    • 只处理值 > 0 的格子。

  • • 计算两个区域的行列范围。

  • • 查询两个区域的最大值。

  • • 如果二者均 ≤ 当前值,则 ans++。

    5. 输出 ans。

    第七步:例子验证

    给定全 0 矩阵,中间一个 2:

    • 对于 (3,3),x=2:

  • • 区域A:行[1,5],列[2,5](排除左上角(1,1)和右上角(1,5))

  • • 区域B:行[2,4],列[1,6](排除左下角(5,1)和右下角(5,5))

  • • 这两个区域合起来就是除了四个角之外的整个 5×5 方形。

  • • 全部为0,最大值0 ≤ 2,所以满足条件,计数为1。

  • • 其他格子值为0,不处理。

  • • 最终输出1。

    时间与空间复杂度 时间复杂度

    • 构建线段树:

  • • 每个节点要构建一维ST表,ST表构建复杂度 O(m log m)。

  • • 一共有 O(n) 个节点(线段树节点数约 4n),所以构建总复杂度 O(n * m log m)。

  • • 查询:

  • • 每次查询需要 O(log n) 个线段树节点,每个节点做一次ST表查询 O(1)。

  • • 每个格子最多做 2 次查询,格子总数 n*m。

  • • 所以总查询复杂度 O(n*m * log n)。

    总时间复杂度:O(n * m * (log m + log n)),在 n,m ≤ 200 时非常快。

    额外空间复杂度

    • 线段树每个节点存储一个ST表,每个ST表是二维数组,大小约 log m × m。

  • • 节点数 O(n),所以总空间 O(n * m * log m)。

  • • 加上矩阵本身 O(n*m)。

    总的额外空间复杂度:O(n * m * log m)

    Go完整代码如下:

    package main

    import (
    "fmt"
    "math/bits"
    )

    // 一维 ST 表(泛型版本)
    type sparseTable[T any] struct {
    st [][]T
    op func(T, T) T
    }

    func newSparseTable[T any](a []T, op func(T, T) T) sparseTable[T] {
    n := len(a)
    w := bits.Len(uint(n))
    st := make([][]T, w)
    for i := range st {
    st[i] = make([]T, n)
    }
    st[0] = a
    for i := 1; i < w; i++ {
    for j := range n - 1<1 {
    st[i][j] = op(st[i-1][j], st[i-1][j+1<<(i-1)])
    }
    }
    return sparseTable[T]{st, op}
    }

    func (s sparseTable[T]) query(l, r int) T {
    k := bits.Len8(uint8(r-l)) - 1 // 本题数据范围小,可以用 Len8
    return s.op(s.st[k][l], s.st[k][r-1<
    }

    // 完整模板见 https://leetcode.cn/circle/discuss/mOr1u6/
    type seg []sparseTable[ int ]

    func (t seg) build(a [][] int , node, l, r int ) {
    if l == r { // 叶子
    t[node] = newSparseTable(a[l], func(a, b int) int { return max(a, b) })
    return
    }

    m := (l + r) / 2
    t.build(a, node* 2 , l, m) // 初始化左子树
    t.build(a, node* 2 + 1 , m+ 1 , r) // 初始化右子树

    merged := make ([] int , len (a[ 0 ]))
    for i := range merged {
    merged[i] = max(t[node* 2 ].st[ 0 ][i], t[node* 2 + 1 ].st[ 0 ][i]) // 行号 [l, r] 中的第 i 列的最大值
    }
    t[node] = newSparseTable(merged, func(a, b int) int { return max(a, b) })
    }

    // 行号闭区间 [r1, r2],列号左闭右开 [c1, c2)
    func (t seg) query(node, l, r, r1, r2, c1, c2 int ) int {
    if r1 <= l && r <= r2 { // 当前子树完全在 [r1, r2] 内
    return t[node].query(c1, c2)
    }
    m := (l + r) / 2
    if r2 <= m { // [r1, r2] 在左子树
    return t.query(node* 2 , l, m, r1, r2, c1, c2)
    }
    if r1 > m { // [r1, r2] 在右子树
    return t.query(node* 2 + 1 , m+ 1 , r, r1, r2, c1, c2)
    }
    return max(t.query(node* 2 , l, m, r1, r2, c1, c2), t.query(node* 2 + 1 , m+ 1 , r, r1, r2, c1, c2))
    }

    func countLocalMaximums(matrix [][]int) (ans int ) {
    n, m := len (matrix), len (matrix[ 0 ])
    // 线段树每个节点 [l, r] 保存的是,当上下边界固定为 l 和 r 时,把每一列的最大值视作一个 int,这 m 个数的一维 ST 表
    t := make (seg, 2 < uint (n -1 )))
    t.build(matrix, 1 , 0 , n -1 )

    for i, row := range matrix {
    for j, x := range row {
    if x > 0 && max(t.query( 1 , 0 , n -1 , max(i-x, 0 ), min(i+x, n -1 ), max(j-x+ 1 , 0 ), min(j+x, m)),
    t.query( 1 , 0 , n -1 , max(i-x+ 1 , 0 ), min(i+x -1 , n -1 ), max(j-x, 0 ), min(j+x+ 1 , m))) <= x {
    ans++
    }
    }
    }
    return
    }

    func main() {
    matrix := [][] int {{ 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 }, { 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 }, { 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 }, { 0 , 0 , 0 , 2 , 0 , 0 , 0 }, { 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 }, { 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 }, { 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 }}
    result := countLocalMaximums(matrix)
    fmt.Println(result)
    }

    2026-08-26:矩阵中的局部最大值Ⅱ。用go语言,给定一个大小为 n 行 m 列的整数矩阵,矩阵里所有数字都是大于等于 0 的。 对于矩阵中任意

    Python完整代码如下:

    # -*-coding:utf-8-*-

    from math import log2, ceil
    from typing import List, Callable, TypeVar, Generic

    T = TypeVar('T')

    class SparseTable(Generic[T]):
    """一维ST表"""
    def __init__(self, arr: List[T], op: Callable[[T, T], T]):
    self.op = op
    n = len(arr)
    if n == 0:
    self.st = []
    return
    # 计算log2
    k = n.bit_length()
    self.st = [[0] * n for _ in range(k)]
    self.st[0] = arr[:] # 复制数组
    for i in range(1, k):
    step = 1 << (i - 1)
    for j in range(n - (1 << i) + 1):
    self.st[i][j] = op(self.st[i-1][j], self.st[i-1][j + step])
    def query(self, l: int, r: int) -> T:
    """查询闭区间 [l, r] 的聚合结果"""
    if l > r:
    # 返回一个极小值,用于max操作
    return float('-inf') if isinstance(self.op(0, 0), (int, float)) else None
    length = r - l + 1
    k = length.bit_length() - 1
    return self.op(self.st[k][l], self.st[k][r - (1 << k) + 1])

    class SegmentTree:
    """线段树,每个节点存储对应行区间的一维ST表"""
    def __init__(self, matrix: List[List[int]]):
    self.matrix = matrix
    self.n = len(matrix)
    self.m = len(matrix[0]) if matrix else 0
    # 计算线段树大小
    size = 1
    while size < self.n:
    size <<= 1
    self.tree = [None] * (2 * size)
    self.size = size
    self._build(1, 0, self.n - 1)
    def _build(self, node: int, l: int, r: int):
    """构建线段树"""
    if l == r:
    # 叶子节点:直接使用该行的ST表
    self.tree[node] = SparseTable(self.matrix[l], max)
    return
    mid = (l + r) // 2
    self._build(node * 2, l, mid)
    self._build(node * 2 + 1, mid + 1, r)
    # 合并左右子树:对每一列取最大值
    merged = [
    max(self.tree[node * 2].st[0][j], self.tree[node * 2 + 1].st[0][j])
    for j in range(self.m)
    ]
    self.tree[node] = SparseTable(merged, max)
    def query(self, r1: int, r2: int, c1: int, c2: int) -> int:
    """
    查询行区间 [r1, r2],列区间 [c1, c2] 的最大值
    """
    if r1 > r2 or c1 > c2:
    return float('-inf')
    return self._query(1, 0, self.n - 1, r1, r2, c1, c2)
    def _query(self, node: int, l: int, r: int, r1: int, r2: int, c1: int, c2: int) -> int:
    """内部递归查询"""
    if r1 <= l and r <= r2:
    return self.tree[node].query(c1, c2)
    mid = (l + r) // 2
    if r2 <= mid:
    return self._query(node * 2, l, mid, r1, r2, c1, c2)
    if r1 > mid:
    return self._query(node * 2 + 1, mid + 1, r, r1, r2, c1, c2)
    left_val = self._query(node * 2, l, mid, r1, r2, c1, c2)
    right_val = self._query(node * 2 + 1, mid + 1, r, r1, r2, c1, c2)
    return max(left_val, right_val)

    def count_local_maximums(matrix: List[List[int]]) -> int:
    """
    计算矩阵中局部最大值的数量
    """
    if not matrix or not matrix[0]:
    return 0
    n, m = len(matrix), len(matrix[0])
    # 构建线段树
    seg_tree = SegmentTree(matrix)
    ans = 0
    for i in range(n):
    for j in range(m):
    x = matrix[i][j]
    if x == 0:
    continue
    # 计算需要检查的四个区域
    # 区域1:行范围 [i-x, i+x],列范围 [j-x+1, j+x]
    # 区域2:行范围 [i-x+1, i+x-1],列范围 [j-x, j+x+1]
    # 注意:排除四个角
    # 实际上原Go代码用两次查询做了覆盖,我们保持一致
    r1_1 = max(i - x, 0)
    r2_1 = min(i + x, n - 1)
    c1_1 = max(j - x + 1, 0)
    c2_1 = min(j + x, m - 1)
    r1_2 = max(i - x + 1, 0)
    r2_2 = min(i + x - 1, n - 1)
    c1_2 = max(j - x, 0)
    c2_2 = min(j + x + 1, m - 1)
    # 查询两个区域的最大值
    max1 = seg_tree.query(r1_1, r2_1, c1_1, c2_1)
    max2 = seg_tree.query(r1_2, r2_2, c1_2, c2_2)
    if max(max1, max2) <= x:
    ans += 1
    return ans

    def main():
    """测试用例"""
    matrix = [
    [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
    [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
    [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
    [0, 0, 0, 2, 0, 0, 0],
    [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
    [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
    [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
    ]
    result = count_local_maximums(matrix)
    print(result)

    if __name__ == "__main__":
    main()

    2026-08-26:矩阵中的局部最大值Ⅱ。用go语言,给定一个大小为 n 行 m 列的整数矩阵,矩阵里所有数字都是大于等于 0 的。 对于矩阵中任意

    C++完整代码如下:

      
    




    using namespace std;

    // 一维ST表模板
    template
    class SparseTable {
    private:
    vector > st;
    T (*op)(T, T);

    public:
    SparseTable() {}

    SparseTable(const vector & arr, T (*operation)(T, T)) : op(operation) {
    int n = arr.size();
    if (n == 0) return;

    int k = 0;
    while ((1 << k) <= n) k++;
    st.resize(k, vector (n));

    // 初始化第0层
    for (int i = 0; i < n; i++) {
    st[0][i] = arr[i];
    }

    // 构建ST表
    for (int i = 1; i < k; i++) {
    int len = 1 << i;
    int half = len >> 1;
    for (int j = 0; j + len <= n; j++) {
    st[i][j] = op(st[i-1][j], st[i-1][j + half]);
    }
    }
    }

    // 查询闭区间 [l, r]
    T query(int l, int r) const {
    if (l > r) {
    // 返回一个极小值
    if constexpr (is_same int >::value) {
    return INT_MIN;
    }
    return T();
    }
    int length = r - l + 1 ;
    int k = 0 ;
    while (( 1 << (k + 1 )) <= length) k++;
    return op(st[k][l], st[k][r - ( 1 << k) + 1 ]);
    }
    };

    // 线段树类
    class SegmentTree {
    private:
    vector int >>& matrix;
    int n, m;
    vector int >> tree;
    int size;

    // 合并两个数组,按列取最大值
    vector< int > mergeColumns( const vector< int >& left, const vector< int >& right) {
    vector< int > result(m);
    for ( int i = 0 ; i < m; i++) {
    result[i] = max(left[i], right[i]);
    }
    return result;
    }

    void build( int node, int l, int r) {
    if (l == r) {
    // 叶子节点:直接使用该行的ST表
    tree[node] = SparseTable< int >(matrix[l], []( int a, int b) { return max(a, b); });
    return ;
    }

    int mid = (l + r) / 2 ;
    build(node * 2 , l, mid);
    build(node * 2 + 1 , mid + 1 , r);

    // 合并左右子树:对每一列取最大值
    vector< int > merged(m);
    for ( int i = 0 ; i < m; i++) {
    merged[i] = max(tree[node * 2 ].query(i, i), tree[node * 2 + 1 ].query(i, i));
    }
    tree[node] = SparseTable< int >(merged, []( int a, int b) { return max(a, b); });
    }

    int queryRec( int node, int l, int r, int r1, int r2, int c1, int c2) const {
    if (r1 <= l && r <= r2) {
    return tree[node].query(c1, c2);
    }

    int mid = (l + r) / 2 ;
    if (r2 <= mid) {
    return queryRec(node * 2 , l, mid, r1, r2, c1, c2);
    }
    if (r1 > mid) {
    return queryRec(node * 2 + 1 , mid + 1 , r, r1, r2, c1, c2);
    }

    int left_val = queryRec(node * 2 , l, mid, r1, r2, c1, c2);
    int right_val = queryRec(node * 2 + 1 , mid + 1 , r, r1, r2, c1, c2);
    return max(left_val, right_val);
    }

    public:
    SegmentTree(vector int >>& mat) : matrix(mat) {
    n = matrix.size();
    m = matrix[ 0 ].size();

    // 计算线段树大小
    size = 1 ;
    while (size < n) size <<= 1 ;
    tree.resize(size * 2 );

    build( 1 , 0 , n - 1 );
    }

    int query( int r1, int r2, int c1, int c2) const {
    if (r1 > r2 || c1 > c2) {
    return INT_MIN;
    }
    return queryRec( 1 , 0 , n - 1 , r1, r2, c1, c2);
    }
    };

    int countLocalMaximums(vector int >>& matrix) {
    if (matrix.empty() || matrix[ 0 ].empty()) {
    return 0 ;
    }

    int n = matrix.size();
    int m = matrix[ 0 ].size();

    // 构建线段树
    SegmentTree segTree(matrix);

    int ans = 0 ;

    for ( int i = 0 ; i < n; i++) {
    for ( int j = 0 ; j < m; j++) {
    int x = matrix[i][j];
    if (x == 0 ) continue ;

    // 计算两个需要查询的区域
    // 区域1:行范围 [i-x, i+x],列范围 [j-x+1, j+x]
    // 区域2:行范围 [i-x+1, i+x-1],列范围 [j-x, j+x+1]

    int r1_1 = max(i - x, 0 );
    int r2_1 = min(i + x, n - 1 );
    int c1_1 = max(j - x + 1 , 0 );
    int c2_1 = min(j + x, m - 1 );

    int r1_2 = max(i - x + 1 , 0 );
    int r2_2 = min(i + x - 1 , n - 1 );
    int c1_2 = max(j - x, 0 );
    int c2_2 = min(j + x + 1 , m - 1 );

    // 查询两个区域的最大值
    int max1 = segTree.query(r1_1, r2_1, c1_1, c2_1);
    int max2 = segTree.query(r1_2, r2_2, c1_2, c2_2);

    if (max(max1, max2) <= x) {
    ans++;
    }
    }
    }

    return ans;
    }

    int main() {
    vector int >> matrix = {
    { 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 },
    { 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 },
    { 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 },
    { 0 , 0 , 0 , 2 , 0 , 0 , 0 },
    { 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 },
    { 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 },
    { 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 }
    };

    int result = countLocalMaximums(matrix);
    cout << result << endl;
    return 0 ;
    }

    2026-08-26:矩阵中的局部最大值Ⅱ。用go语言,给定一个大小为 n 行 m 列的整数矩阵,矩阵里所有数字都是大于等于 0 的。 对于矩阵中任意

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