C++柱状图中最大的矩形怎么用单调递增栈求解

梦芳大大_9448

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2026-09-29

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单调递增栈能解决最大矩形问题,因其在每个元素出栈时可确定以该柱子为高的左右边界:左边界为栈中前一个元素下标(或-1),右边界为当前下标i(或n),从而准确计算最大矩形面积。

c++柱状图中最大的矩形怎么用单调递增栈求解

为什么单调递增栈能解决最大矩形问题

因为矩形高度受限于最短的那根柱子,而单调递增栈天然维护了「左侧第一个更小元素」的位置信息——栈中每个元素出栈时,它的左右边界就确定了:左边界是栈中前一个元素下标(或 -1),右边界是当前遍历到的下标。这恰好对应以该柱子为高的最大可扩展矩形。

栈里存下标而不是高度值

必须存 vector<int>::size_type</int> 类型的下标,不能存高度值。原因有二:一是需要通过下标访问原数组算宽度;二是当多个柱子高度相等时,只保留最靠左的下标即可,后续相同高度的柱子会在前面那个出栈时被“覆盖”处理,不影响结果。

常见错误是把 heights[i] 压栈,导致无法计算宽度、也无法定位左边界。

实操建议:

  • 初始化栈为 stack<int></int>,压入 -1 作为哨兵(方便处理第一个元素)
  • 遍历 heights,对每个 i,若 heights[i] ,则持续弹栈并计算面积
  • 弹栈后,左边界是新栈顶(即 stk.top()),右边界是 i,高度是 heights[top],宽度是 i - stk.top() - 1

别忘了处理栈里剩下的元素

遍历完数组后,栈中可能还剩一些下标,它们的右边界是整个数组末尾(即 n)。如果不手动清空,会漏掉以这些柱子为高的矩形。

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典型错误现象:输入 [2,1,2] 得到 2 而不是 3 —— 就是因为没处理栈中残留的下标 0 和 2。

正确做法:

  • 在主循环结束后加一个 while 循环,用 n 作为统一右边界
  • 每次弹栈后,宽度按 n - stk.top() - 1 算,注意此时栈不能为空(哨兵 -1 保证安全)
  • 推荐在原数组末尾补一个 0,避免单独写清理逻辑;但要注意这会改变原数组,需拷贝或用临时容器

边界和整数溢出容易被忽略

宽度计算 i - stk.top() - 1 中,如果栈为空(理论上不该发生,但哨兵缺失时会),直接访问 stk.top() 是未定义行为。另外,heights[i] 是 int,但面积可能是 long long 级别(比如 1e5 × 1e5),不转类型会导致溢出。

关键细节:

  • 始终确保栈底有哨兵(如 -1),且初始化后立即压入
  • 面积变量声明为 long long 或用 1LL * height * width 强制提升
  • 检查 stk.size() > 1 再取 stk.top(),比单纯判空更稳妥(因为哨兵占一个位置)

最麻烦的其实是调试时栈状态难追踪,建议在弹栈前打印 stk 和 i,比硬想快得多。

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