本文涉及的基础知识点

C++算法：前缀和、前缀乘积、前缀异或的原理、源码及测试用例 包括课程视频

LeetCode1895. 最大的幻方

难度分：1781

一个 k x k 的 幻方 指的是一个 k x k 填满整数的方格阵，且每一行、每一列以及两条对角线的和 全部相等 。幻方中的整数 不需要互不相同 。显然，每个 1 x 1 的方格都是一个幻方。

给你一个 m x n 的整数矩阵 grid ，请你返回矩阵中 最大幻方 的 尺寸 （即边长 k）。

示例 1：

【C++前缀和】1895. 最大的幻方|1781_c++

输入：grid = [[7,1,4,5,6],[2,5,1,6,4],[1,5,4,3,2],[1,2,7,3,4]]
输出：3
解释：最大幻方尺寸为 3 。
每一行，每一列以及两条对角线的和都等于 12 。

  • 每一行的和：5+1+6 = 5+4+3 = 2+7+3 = 12
  • 每一列的和：5+5+2 = 1+4+7 = 6+3+3 = 12
  • 对角线的和：5+4+3 = 6+4+2 = 12
    示例 2：

输入：grid = [[5,1,3,1],[9,3,3,1],[1,3,3,8]]

输出：2

【C++前缀和】1895. 最大的幻方|1781_c++_02

提示：
m == grid.length
n == grid[i].length
1 <= m, n <= 50
1 <= grid[i][j] <= 106

前缀和

初始化

preSum0[r][c][k] 记录grid[r][c…c+k-1]的和。水平线
preSum1[r][c][k] 记录grid[r…r+k-1][c]的和。数值线。
preSum2[r][c][k]记录grid[r…r+k-1][c…c+k-1]的和。正对角线。
preSum3[r][c][k]记录grid[r…r+k-1][c…c-k+1]的和。反对角线。
枚举r,c k 从小到枚举k，通过preSum[r][c][k-1]推导preSum[r][c][k]。
初始化时间复杂度：O(mnk) k = max(m,n)

计算

从大到小枚举k，在枚举左上角(r,c)。判断是否是幻方。 k = max(m,n)
时间复杂度：O(mmkk)

代码

核心代码

class Solution {
		public:
			int largestMagicSquare(vector<vector<int>>& grid) {
				m_iR = grid.size();
				m_iC = grid.front().size();
				m_iK = max(m_iR, m_iC);
				auto preSum0 = Cal(grid, 0, 1);
				auto preSum1 = Cal(grid, 1, 0);
				auto preSum2 = Cal(grid, 1, 1);
				auto preSum3 = Cal(grid, 1, -1);
				for (int k = m_iK; k > 0; k--) {
					for (int r = 0; r+k-1 < m_iR; r++)
					{
						for (int c = 0; c+k-1 < m_iC; c++) {
							auto Is = [&]() {
								const auto& tmp = preSum0[r][c][k];
								for (int r1 = r; r1 < r + k; r1++) {
									if (tmp != preSum0[r1][c][k]) { return false; }
								}
								for (int c1 = c; c1 < c + k; c1++) {
									if (tmp != preSum1[r][c1][k]) { return false; }
								}
								if (tmp != preSum2[r][c][k]) { return false; }
								if (tmp != preSum3[r][c + k - 1][k]) { return false; }
								return true;
							};
							if(Is())return k;
						}
					}
				}
				
				return 1;
			}
			vector<vector<vector<int>> > Cal(const vector<vector<int>>& grid,int iMoveR,int iMoveC) {
				vector<vector<vector<int>>> preSum(m_iR, vector<vector<int>>(m_iC,vector<int>(m_iK+1)));
				for (int r = 0; r < m_iR; r++)
				{
					for (int c = 0; c < m_iC; c++) {
						{
							int value = 0;
							for (int k = 1,r1=r,c1=c ; ; k++,r1+=iMoveR,c1 += iMoveC) {
								if ((r1 < 0) || (r1 >= m_iR)) { break; }
								if ((c1 < 0) || (c1 >= m_iC)) { break; }
								value += grid[r1][c1];
								preSum[r][c][k] = value;
							}
						}
					}
				}
				return preSum;
			}
			int m_iR, m_iC,m_iK;
		};

单元测试

vector<vector<int>> grid;
		TEST_METHOD(TestMethod1)
		{
			grid = { {2,1,1},{1,1,1},{1,1,2} };
			auto res = Solution().largestMagicSquare(grid);
			AssertEx(2, res);
		}
		TEST_METHOD(TestMethod11)
		{
			 grid = { {7,1,4,5,6},{2,5,1,6,4},{1,5,4,3,2},{1,2,7,3,4} };
			 auto res = Solution().largestMagicSquare(grid);
			AssertEx(3, res);
		}
		TEST_METHOD(TestMethod12)
		{
			grid = { {5,1,3,1},{9,3,3,1},{1,3,3,8} };
			auto res = Solution().largestMagicSquare(grid);
			AssertEx(2, res);
		}
		TEST_METHOD(TestMethod13)
		{
			grid = { {5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5},{1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1},{1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1},{1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1},{1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1,1},{1,1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1,1},{1,1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1,1},{1,1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1,1},{1,5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5,1},{5,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,5} };
			auto res = Solution().largestMagicSquare(grid);
			AssertEx(16, res);
		}


测试环境

操作系统：win7 开发环境： VS2019 C++17
或者 操作系统：win10 开发环境： VS2022 C++17
如无特殊说明，本算法用**C++**实现。

【C++前缀和】1895. 最大的幻方|1781_c++_03