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解决 LeetCode「最大加号标志」递归超深度问题的动态规划方案

心靈之曲

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发布时间:2026-02-21 11:52:02

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原创

解决 LeetCode「最大加号标志」递归超深度问题的动态规划方案

本文详解为何原递归解法因无方向约束导致栈溢出,并提供基于四向预处理的 o(n²) 动态规划替代方案,兼顾正确性、效率与可读性。

本文详解为何原递归解法因无方向约束导致栈溢出,并提供基于四向预处理的 o(n²) 动态规划替代方案,兼顾正确性、效率与可读性。

在 LeetCode 第 764 题「最大加号标志」中,目标是找出以某点为中心、四个方向(上、下、左、右)连续非矿格延伸长度的最小值(即“臂长”),再取所有中心点对应臂长的最大值。初学者常尝试用记忆化递归(如 @cache 装饰的 helper(r, c))模拟“向四周扩散”,但该思路存在根本性缺陷:递归未建模方向性,导致无限循环调用

例如,helper(1,1) 可能调用 helper(1,2),而后者又调用 helper(1,1)(通过 c-1 回退),形成 (1,1) ↔ (1,2) 的死循环。即使添加了边界和矿点判断作为“伪终止条件”,也无法阻止这种无向回溯——因为 helper 的语义是“从 (r,c) 出发能延伸多远”,而非“沿某一固定方向能延伸多远”。缓存(@cache)在此场景下不仅无法剪枝,反而掩盖了逻辑错误,使栈深度持续累积直至 RecursionError。

✅ 正确解法应剥离方向耦合,采用四向独立预处理 + 常数时间查询策略:

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  • 定义四个二维数组:top[i][j] 表示从 (i,j) 向上连续非矿格数量(含自身);
  • 类似定义 bot[i][j](向下)、left[i][j](向左)、right[i][j](向右);
  • 每个数组可在单次遍历中线性构建(利用前缀思想:遇到矿则重置为 0,否则 +1);
  • 最终对每个 (i,j),其最大加号阶数为 min(top[i][j], bot[i][j], left[i][j], right[i][j])。

以下是完整、高效且易理解的实现:

class Solution:
    def orderOfLargestPlusSign(self, n: int, mines: List[List[int]]) -> int:
        # 将 mines 转为 set 便于 O(1) 查询
        mine_set = {tuple(mine) for mine in mines}
        R = range(n)

        # 初始化四向 DP 数组
        top = [[0] * n for _ in R]
        bot = [[0] * n for _ in R]
        left = [[0] * n for _ in R]
        right = [[0] * n for _ in R]

        # 第一遍:计算 top(自上而下)和 left(自左而右)
        for i in R:
            s_top = s_left = 0
            for j in R:
                # top[i][j]: 从第0行到第i行,(i,j)向上连续非矿数
                if (i, j) in mine_set:
                    s_top = 0
                else:
                    s_top += 1
                top[i][j] = s_top

                # left[i][j]: 从第0列到第j列,(i,j)向左连续非矿数
                if (j, i) in mine_set:  # 注意:此处利用对称索引更新 left[j][i]
                    s_left = 0
                else:
                    s_left += 1
                left[j][i] = s_left

        # 第二遍:计算 bot(自下而上)和 right(自右而左)
        for i in R:
            s_bot = s_right = 0
            for j in reversed(R):
                # bot[i][j]: 从第n-1行到第i行,(i,j)向下连续非矿数
                if (i, j) in mine_set:
                    s_bot = 0
                else:
                    s_bot += 1
                bot[i][j] = s_bot

                # right[i][j]: 从第n-1列到第j列,(i,j)向右连续非矿数
                if (j, i) in mine_set:
                    s_right = 0
                else:
                    s_right += 1
                right[j][i] = s_right

        # 枚举每个中心点,取四向最小值的最大值
        ans = 0
        for i in R:
            for j in R:
                arm = min(top[i][j], bot[i][j], left[i][j], right[i][j])
                ans = max(ans, arm)
        return ans

⚠️ 关键注意事项

  • 索引对称技巧(如用 (j,i) 更新 left[j][i])是为了复用同一循环结构,避免写四遍相似代码;若追求极致清晰,可拆分为四个独立双层循环;
  • 所有 DP 数组初始化为 0,矿点处值恒为 0,天然满足“中断即归零”的要求;
  • 时间复杂度严格为 O(n²),空间复杂度 O(n²),远优于错误递归解法的指数级潜在调用栈;
  • 本方法具备良好扩展性,类似“最长连续序列”“直方图最大矩形”等问题均可借鉴此类“方向解耦 + 前缀DP”范式。

总结:递归不是万能钥匙。当问题本质具有强方向性或局部依赖时,优先考虑迭代式动态规划——它更可控、更高效,也更贴近计算机的实际执行逻辑。

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