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1851.Minimum Interval to Include Each Query

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1851. 包含每个查询的最小区间

English Version

题目描述

给你一个二维整数数组 intervals ，其中 intervals[i] = [lefti, righti] 表示第 i 个区间开始于 lefti 、结束于 righti（包含两侧取值，闭区间）。区间的 长度 定义为区间中包含的整数数目，更正式地表达是 righti - lefti + 1 。

再给你一个整数数组 queries 。第 j 个查询的答案是满足 lefti <= queries[j] <= righti 的 长度最小区间 i 的长度 。如果不存在这样的区间，那么答案是 -1 。

以数组形式返回对应查询的所有答案。

 

示例 1：

输入：intervals = [[1,4],[2,4],[3,6],[4,4]], queries = [2,3,4,5]
输出：[3,3,1,4]
解释：查询处理如下：
- Query = 2 ：区间 [2,4] 是包含 2 的最小区间，答案为 4 - 2 + 1 = 3 。
- Query = 3 ：区间 [2,4] 是包含 3 的最小区间，答案为 4 - 2 + 1 = 3 。
- Query = 4 ：区间 [4,4] 是包含 4 的最小区间，答案为 4 - 4 + 1 = 1 。
- Query = 5 ：区间 [3,6] 是包含 5 的最小区间，答案为 6 - 3 + 1 = 4 。

示例 2：

输入：intervals = [[2,3],[2,5],[1,8],[20,25]], queries = [2,19,5,22]
输出：[2,-1,4,6]
解释：查询处理如下：
- Query = 2 ：区间 [2,3] 是包含 2 的最小区间，答案为 3 - 2 + 1 = 2 。
- Query = 19：不存在包含 19 的区间，答案为 -1 。
- Query = 5 ：区间 [2,5] 是包含 5 的最小区间，答案为 5 - 2 + 1 = 4 。
- Query = 22：区间 [20,25] 是包含 22 的最小区间，答案为 25 - 20 + 1 = 6 。

 

提示：

  • 1 <= intervals.length <= 105
  • 1 <= queries.length <= 105
  • intervals[i].length == 2
  • 1 <= lefti <= righti <= 107
  • 1 <= queries[j] <= 107

解法

方法一：排序 + 离线查询 + 优先队列（小根堆）

我们注意到，题目中查询的顺序并不会影响答案，并且涉及到的区间也不会发生变化，因此，我们考虑将所有的查询按照从小到大的顺序进行排序，同时将所有的区间按照左端点从小到大的顺序进行排序。

我们使用一个优先队列（小根堆） $pq$ 来维护当前所有的区间，队列的每个元素是一个二元组 $(v, r)$，表示一个区间长度为 $v$，右端点为 $r$ 的区间。初始时，优先队列为空。另外，我们定义一个指针 $i$，指向当前遍历到的区间，初始时 $i=0$。

我们按照从小到大的顺序依次遍历每个查询 $(x, j)$，并进行如下操作：

  • 如果指针 $i$ 尚未遍历完所有的区间，并且当前遍历到的区间 $[a, b]$ 的左端点小于等于 $x$，那么我们将该区间加入优先队列中，并将指针 $i$ 后移一位，循环此过程；
  • 如果优先队列不为空，并且堆顶元素的右端点小于 $x$，那么我们将堆顶元素弹出，循环此过程；
  • 此时，如果优先队列不为空，那么堆顶元素就是包含 $x$ 的最小区间。我们将其长度 $v$ 加入答案数组 $ans$ 中。

在上述过程结束后，我们返回答案数组 $ans$ 即可。

时间复杂度 $O(n \times \log n + m \times \log m)$，空间复杂度 $O(n + m)$。其中 $n$ 和 $m$ 分别是数组 $intervals$ 和 $queries$ 的长度。

Python3

class Solution:
    def minInterval(self, intervals: List[List[int]], queries: List[int]) -> List[int]:
        n, m = len(intervals), len(queries)
        intervals.sort()
        queries = sorted((x, i) for i, x in enumerate(queries))
        ans = [-1] * m
        pq = []
        i = 0
        for x, j in queries:
            while i < n and intervals[i][0] <= x:
                a, b = intervals[i]
                heappush(pq, (b - a + 1, b))
                i += 1
            while pq and pq[0][1] < x:
                heappop(pq)
            if pq:
                ans[j] = pq[0][0]
        return ans

Java

class Solution {
    public int[] minInterval(int[][] intervals, int[] queries) {
        int n = intervals.length, m = queries.length;
        Arrays.sort(intervals, (a, b) -> a[0] - b[0]);
        int[][] qs = new int[m][0];
        for (int i = 0; i < m; ++i) {
            qs[i] = new int[] {queries[i], i};
        }
        Arrays.sort(qs, (a, b) -> a[0] - b[0]);
        int[] ans = new int[m];
        Arrays.fill(ans, -1);
        PriorityQueue<int[]> pq = new PriorityQueue<>((a, b) -> a[0] - b[0]);
        int i = 0;
        for (int[] q : qs) {
            while (i < n && intervals[i][0] <= q[0]) {
                int a = intervals[i][0], b = intervals[i][1];
                pq.offer(new int[] {b - a + 1, b});
                ++i;
            }
            while (!pq.isEmpty() && pq.peek()[1] < q[0]) {
                pq.poll();
            }
            if (!pq.isEmpty()) {
                ans[q[1]] = pq.peek()[0];
            }
        }
        return ans;
    }
}

C++

class Solution {
public:
    vector<int> minInterval(vector<vector<int>>& intervals, vector<int>& queries) {
        int n = intervals.size(), m = queries.size();
        sort(intervals.begin(), intervals.end());
        using pii = pair<int, int>;
        vector<pii> qs;
        for (int i = 0; i < m; ++i) {
            qs.emplace_back(queries[i], i);
        }
        sort(qs.begin(), qs.end());
        vector<int> ans(m, -1);
        priority_queue<pii, vector<pii>, greater<pii>> pq;
        int i = 0;
        for (auto& [x, j] : qs) {
            while (i < n && intervals[i][0] <= x) {
                int a = intervals[i][0], b = intervals[i][1];
                pq.emplace(b - a + 1, b);
                ++i;
            }
            while (!pq.empty() && pq.top().second < x) {
                pq.pop();
            }
            if (!pq.empty()) {
                ans[j] = pq.top().first;
            }
        }
        return ans;
    }
};

Go

func minInterval(intervals [][]int, queries []int) []int {
	n, m := len(intervals), len(queries)
	sort.Slice(intervals, func(i, j int) bool { return intervals[i][0] < intervals[j][0] })
	qs := make([][2]int, m)
	ans := make([]int, m)
	for i := range qs {
		qs[i] = [2]int{queries[i], i}
		ans[i] = -1
	}
	sort.Slice(qs, func(i, j int) bool { return qs[i][0] < qs[j][0] })
	pq := hp{}
	i := 0
	for _, q := range qs {
		x, j := q[0], q[1]
		for i < n && intervals[i][0] <= x {
			a, b := intervals[i][0], intervals[i][1]
			heap.Push(&pq, pair{b - a + 1, b})
			i++
		}
		for len(pq) > 0 && pq[0].r < x {
			heap.Pop(&pq)
		}
		if len(pq) > 0 {
			ans[j] = pq[0].v
		}
	}
	return ans
}

type pair struct{ v, r int }
type hp []pair

func (h hp) Len() int            { return len(h) }
func (h hp) Less(i, j int) bool  { return h[i].v < h[j].v }
func (h hp) Swap(i, j int)       { h[i], h[j] = h[j], h[i] }
func (h *hp) Push(v interface{}) { *h = append(*h, v.(pair)) }
func (h *hp) Pop() interface{}   { a := *h; v := a[len(a)-1]; *h = a[:len(a)-1]; return v }

...