购买物品的最大开销

标签: 贪心 数组 矩阵 排序 堆(优先队列)

难度: Hard

给你一个下标从 0 开始大小为 m * n 的整数矩阵 values ,表示 m 个不同商店里 m * n 件不同的物品。每个商店有 n 件物品,第 i 个商店的第 j 件物品的价值为 values[i][j] 。除此以外,第 i 个商店的物品已经按照价值非递增排好序了,也就是说对于所有 0 <= j < n - 1 都有 values[i][j] >= values[i][j + 1] 。

每一天,你可以在一个商店里购买一件物品。具体来说,在第 d 天,你可以:

  • 选择商店 i 。
  • 购买数组中最右边的物品 j ,开销为 values[i][j] * d 。换句话说,选择该商店中还没购买过的物品中最大的下标 j ,并且花费 values[i][j] * d 去购买。

注意,所有物品都视为不同的物品。比方说如果你已经从商店 1 购买了物品 0 ,你还可以在别的商店里购买其他商店的物品 0 。

请你返回购买所有 m * n 件物品需要的 最大开销 。

示例 1:

输入:values = [[8,5,2],[6,4,1],[9,7,3]]
输出:285
解释:第一天,从商店 1 购买物品 2 ,开销为 values[1][2] * 1 = 1 。
第二天,从商店 0 购买物品 2 ,开销为 values[0][2] * 2 = 4 。
第三天,从商店 2 购买物品 2 ,开销为 values[2][2] * 3 = 9 。
第四天,从商店 1 购买物品 1 ,开销为 values[1][1] * 4 = 16 。
第五天,从商店 0 购买物品 1 ,开销为 values[0][1] * 5 = 25 。
第六天,从商店 1 购买物品 0 ,开销为 values[1][0] * 6 = 36 。
第七天,从商店 2 购买物品 1 ,开销为 values[2][1] * 7 = 49 。
第八天,从商店 0 购买物品 0 ,开销为 values[0][0] * 8 = 64 。
第九天,从商店 2 购买物品 0 ,开销为 values[2][0] * 9 = 81 。
所以总开销为 285 。
285 是购买所有 m * n 件物品的最大总开销。

示例 2:

输入:values = [[10,8,6,4,2],[9,7,5,3,2]]
输出:386
解释:第一天,从商店 0 购买物品 4 ,开销为 values[0][4] * 1 = 2 。
第二天,从商店 1 购买物品 4 ,开销为 values[1][4] * 2 = 4 。
第三天,从商店 1 购买物品 3 ,开销为 values[1][3] * 3 = 9 。
第四天,从商店 0 购买物品 3 ,开销为 values[0][3] * 4 = 16 。
第五天,从商店 1 购买物品 2 ,开销为 values[1][2] * 5 = 25 。
第六天,从商店 0 购买物品 2 ,开销为 values[0][2] * 6 = 36 。
第七天,从商店 1 购买物品 1 ,开销为 values[1][1] * 7 = 49 。
第八天,从商店 0 购买物品 1 ,开销为 values[0][1] * 8 = 64 。
第九天,从商店 1 购买物品 0 ,开销为 values[1][0] * 9 = 81 。
第十天,从商店 0 购买物品 0 ,开销为 values[0][0] * 10 = 100 。
所以总开销为 386 。
386 是购买所有 m * n 件物品的最大总开销。

提示:

  • 1 <= m == values.length <= 10
  • 1 <= n == values[i].length <= 104
  • 1 <= values[i][j] <= 106
  • values[i] 按照非递增顺序排序。

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class Solution:
    def maxSpending(self, values: List[List[int]]) -> int:
        a = sorted(x for row in values for x in row)
        return sum(x * i for i, x in enumerate(a, 1))

Explain

这道题目的核心思想是将所有物品的价格从高到低排序,然后按照这个顺序依次购买,每次购买时的开销为物品价格乘以天数(从1开始)。这样做可以保证每次购买时都能获得最大的开销,因为价格较高的物品会在天数较大时购买,从而获得更大的开销。

时间复杂度: O((m*n)log(m*n))

空间复杂度: O(m*n)

class Solution:
    def maxSpending(self, values: List[List[int]]) -> int:
        # 将所有物品的价格展平并排序
        a = sorted(x for row in values for x in row)
        # 计算每天购买物品的开销,并累加
        return sum(x * i for i, x in enumerate(a, 1))

Explore

将所有物品价格平坦处理并排序的原因是,这样可以确保我们总是能将最高的价格与最高的天数相乘,从而获得最大的开销。如果只在每个商店内部选择最大价值的物品,可能无法实现跨商店的最优价格组合,因为可能会错过其他商店中较高价值的物品。通过全局排序,我们可以确保每一天购买的都是当前可选物品中的最高价值物品。

题解中的排序方法没有直接考虑每个商店物品已经是非递增顺序的特性。如果确实每个商店的物品价值是非递增的,我们可以考虑使用更复杂的优先级队列(如最大堆)来进行优化。这样可以在不完全排序的情况下,动态地选择当前所有商店中价值最高的物品,可能会在某些情况下减少排序的成本。

这种排序方式之所以是最优的,是基于一个贪心策略的思考:较高的价格应该尽可能与较高的天数相乘,以获取最大的开销。这是因为乘积的增长是线性的,即价格与天数的乘积总和是最大化开销的关键。通过将价格从高到低排序,确保每一天都能用最高可能的价格乘以当前的天数,从而达到全局最大开销。

从1开始计数天数是因为第一天的购买也应该产生开销,且每过一天,天数的计数应增加1,以反映增长的时间成本。如果从0开始计数,则第一天的购买开销将为0,这不符合实际情况,因为即使是第一天,购买任何物品也应有相应的成本。开始计数天数为1能确保计算的开销与时间成本正确关联,反映真实情况。