矩形面积

标签: 几何 数学

难度: Medium

给你 二维 平面上两个 由直线构成且边与坐标轴平行/垂直 的矩形,请你计算并返回两个矩形覆盖的总面积。

每个矩形由其 左下 顶点和 右上 顶点坐标表示:

  • 第一个矩形由其左下顶点 (ax1, ay1) 和右上顶点 (ax2, ay2) 定义。
  • 第二个矩形由其左下顶点 (bx1, by1) 和右上顶点 (bx2, by2) 定义。

示例 1:

Rectangle Area
输入:ax1 = -3, ay1 = 0, ax2 = 3, ay2 = 4, bx1 = 0, by1 = -1, bx2 = 9, by2 = 2
输出:45

示例 2:

输入:ax1 = -2, ay1 = -2, ax2 = 2, ay2 = 2, bx1 = -2, by1 = -2, bx2 = 2, by2 = 2
输出:16

提示:

  • -104 <= ax1, ay1, ax2, ay2, bx1, by1, bx2, by2 <= 104

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class Solution:
    def computeArea(self, ax1: int, ay1: int, ax2: int, ay2: int, bx1: int, by1: int, bx2: int, by2: int) -> int:
        a = max(min(ax2,bx2) - max(ax1,bx1), 0)
        b = max(min(ay2,by2) - max(ay1,by1), 0)
        return (ax2-ax1)*(ay2-ay1) + (bx2-bx1)*(by2-by1) - a*b

Explain

该题解的思路是分别计算两个矩形的面积,然后减去它们重叠部分的面积。重叠部分的宽度是两个矩形在 x 轴投影的交集,高度是 y 轴投影的交集。先计算交集的宽度 a 和高度 b,然后用两个矩形面积之和减去 a*b 即可得到最终结果。

时间复杂度: O(1)

空间复杂度: O(1)

class Solution:
    def computeArea(self, ax1: int, ay1: int, ax2: int, ay2: int, bx1: int, by1: int, bx2: int, by2: int) -> int:
        # 计算交集的宽度
        a = max(min(ax2,bx2) - max(ax1,bx1), 0)
        # 计算交集的高度 
        b = max(min(ay2,by2) - max(ay1,by1), 0)
        # 两个矩形的面积和减去交集面积
        return (ax2-ax1)*(ay2-ay1) + (bx2-bx1)*(by2-by1) - a*b

Explore

在计算交集的宽度和高度时,使用max函数确保结果不小于0是为了处理那些不重叠的情况。如果两个矩形在某一个维度上不重叠,那么计算出的宽度或高度可能是负数,这在数学上表示它们没有交集。通过使用max函数并设置最小值为0,我们可以确保在没有重叠的情况下,交集的面积贡献为0,从而正确计算总面积。

在提供的Python代码中,并没有直接处理整数溢出的问题,因为Python的整数类型可以自动扩展到很大的值。然而,在Java等语言中,整型溢出是一个需要注意的问题。如果矩形的坐标值非常大,计算面积时确实可能导致整型溢出。在这种情况下,需要使用更大范围的整型数据类型(如long),或者在计算过程中加入溢出检查。

是的,使用min和max函数来确定两个矩形的重叠边界是有效的,这种方法可以正确处理所有情况。无论矩形如何定位(相交、包含、不重叠),min和max函数都能计算出准确的交集宽度和高度。如果没有重叠,这些函数的结果将导致计算出的宽度或高度为负,但由于使用了max函数与0比较,这将被修正为0,确保交集面积正确计算为0。

是的,如果两个矩形没有任何重叠,算法的输出仍然是正确的。在这种情况下,通过min和max函数计算得出的交集宽度和高度将是负数或零,进而使用max函数调整为0。因此,交集面积将计算为0,最终输出的面积将是两个矩形面积的简单相加,这是正确的结果。