【Leetcode刷题篇】leetcode4 寻找两个正序数组的中位数
发布日期:2021-06-29 15:35:28 浏览次数:4 分类:技术文章

本文共 4435 字,大约阅读时间需要 14 分钟。

给定两个大小为 m 和 n 的正序(从小到大)数组 nums1 和 nums2。请你找出并返回这两个正序数组的中位数。

进阶:你能设计一个时间复杂度为 O(log (m+n)) 的算法解决此问题吗?

示例 1:

输入:nums1 = [1,3], nums2 = [2]
输出:2.00000
解释:合并数组 = [1,2,3] ,中位数 2

示例 2:

输入:nums1 = [1,2], nums2 = [3,4]
输出:2.50000
解释:合并数组 = [1,2,3,4] ,中位数 (2 + 3) / 2 = 2.5

示例 3:

输入:nums1 = [0,0], nums2 = [0,0]
输出:0.00000

示例 4:

输入:nums1 = [], nums2 = [1]
输出:1.00000

示例 5:

输入:nums1 = [2], nums2 = []
输出:2.00000

解法一、简单粗暴,先将两个数组合并,两个有序数组的合并也是归并排序中的一部分。然后根据奇数,还是偶数,返回中位数。

public double findMedianSortedArrays(int[] nums1, int[] nums2) {
// 先合并两个数组 ArrayList
res = new ArrayList<>(); int i = 0,j=0; while(i
>1); }else {
return (res.get((res.size()>>1)-1) + res.get(res.size()>>1))>>1; } }

解法二、解法二

其实,我们不需要将两个数组真的合并,我们只需要找到中位数在哪里就可以了。

开始的思路是写一个循环,然后里边判断是否到了中位数的位置,到了就返回结果,但这里对偶数和奇数的分类会很麻烦。当其中一个数组遍历完后,出了 for 循环对边界的判断也会分几种情况。总体来说,虽然复杂度不影响,但代码会看起来很乱。

首先是怎么将奇数和偶数的情况合并一下。

用 len 表示合并后数组的长度,如果是奇数,我们需要知道第 (len+1)/2 个数就可以了,如果遍历的话需要遍历 int(len/2 ) + 1 次。如果是偶数,我们需要知道第 len/2和 len/2+1 个数,也是需要遍历 len/2+1 次。所以遍历的话,奇数和偶数都是 len/2+1 次。

返回中位数的话,奇数需要最后一次遍历的结果就可以了,偶数需要最后一次和上一次遍历的结果。所以我们用两个变量 left 和 right,right 保存当前循环的结果,在每次循环前将 right 的值赋给 left。这样在最后一次循环的时候,left 将得到 right 的值,也就是上一次循环的结果,接下来 right 更新为最后一次的结果。

循环中该怎么写,什么时候 A 数组后移,什么时候 B 数组后移。用 aStart 和 bStart 分别表示当前指向 A 数组和 B 数组的位置。如果 aStart 还没有到最后并且此时 A 位置的数字小于 B 位置的数组,那么就可以后移了。也就是aStart<m&&A[aStart]< B[bStart]。

但如果 B 数组此刻已经没有数字了,继续取数字 B[ bStart ],则会越界,所以判断下 bStart 是否大于数组长度了,这样 || 后边的就不会执行了,也就不会导致错误了,所以增加为 aStart<m&&(bStart) >= n||A[aStart]<B[bStart]) 。

public double findMedianSortedArrays(int[] A, int[] B) {
int m = A.length; int n = B.length; int len = m + n; int left = -1, right = -1; int aStart = 0, bStart = 0; for (int i = 0; i <= len / 2; i++) {
left = right; if (aStart < m && (bStart >= n || A[aStart] < B[bStart])) {
right = A[aStart++]; } else {
right = B[bStart++]; } } if ((len & 1) == 0) return (left + right) / 2.0; else return right;}

解法三、上边的两种思路,时间复杂度都达不到题目的要求 O(log(m+n)O(log(m+n)。看到 log,很明显,我们只有用到二分的方法才能达到。我们不妨用另一种思路,题目是求中位数,其实就是求第 k 小数的一种特殊情况,而求第 k 小数有一种算法。

解法二中,我们一次遍历就相当于去掉不可能是中位数的一个值,也就是一个一个排除。由于数列是有序的,其实我们完全可以一半儿一半儿的排除。假设我们要找第 k 小数,我们可以每次循环排除掉 k/2 个数。看下边一个例子。

假设我们要找第 7 小的数字。

在这里插入图片描述
我们比较两个数组的第 k/2 个数字,如果 k 是奇数,向下取整。也就是比较第 33 个数字,上边数组中的 44 和下边数组中的 33,如果哪个小,就表明该数组的前 k/2 个数字都不是第 k 小数字,所以可以排除。也就是 11,22,33 这三个数字不可能是第 77 小的数字,我们可以把它排除掉。将 13491349 和 4567891045678910 两个数组作为新的数组进行比较。

橙色的部分表示已经去掉的数字。

在这里插入图片描述
由于我们已经排除掉了 3 个数字,就是这 3 个数字一定在最前边,所以在两个新数组中,我们只需要找第 7 - 3 = 4 小的数字就可以了,也就是 k = 4。此时两个数组,比较第 2 个数字,3 < 5,所以我们可以把小的那个数组中的 1 ,3 排除掉了。
在这里插入图片描述
我们又排除掉 2 个数字,所以现在找第 4 - 2 = 2 小的数字就可以了。此时比较两个数组中的第 k / 2 = 1 个数,4 == 4,怎么办呢?由于两个数相等,所以我们无论去掉哪个数组中的都行,因为去掉 1 个总会保留 1 个的,所以没有影响。为了统一,我们就假设 4 > 4 吧,所以此时将下边的 4 去掉。
在这里插入图片描述
由于又去掉 1 个数字,此时我们要找第 1 小的数字,所以只需判断两个数组中第一个数字哪个小就可以了,也就是 4。

所以第 7 小的数字是 4。

我们每次都是取 k/2 的数进行比较,有时候可能会遇到数组长度小于 k/2的时候。

在这里插入图片描述
此时 k / 2 等于 3,而上边的数组长度是 2,我们此时将箭头指向它的末尾就可以了。这样的话,由于 2 < 3,所以就会导致上边的数组 1,2 都被排除。造成下边的情况。
在这里插入图片描述
由于 2 个元素被排除,所以此时 k = 5,又由于上边的数组已经空了,我们只需要返回下边的数组的第 5 个数字就可以了。

从上边可以看到,无论是找第奇数个还是第偶数个数字,对我们的算法并没有影响,而且在算法进行中,k 的值都有可能从奇数变为偶数,最终都会变为 1 或者由于一个数组空了,直接返回结果。

所以我们采用递归的思路,为了防止数组长度小于 k/2,所以每次比较 min(k/2,len(数组) 对应的数字,把小的那个对应的数组的数字排除,将两个新数组进入递归,并且 k 要减去排除的数字的个数。递归出口就是当 k=1 或者其中一个数字长度是 0 了。

public double findMedianSortedArrays(int[] nums1, int[] nums2) {
int n = nums1.length; int m = nums2.length; int left = (n + m + 1) / 2; int right = (n + m + 2) / 2; //将偶数和奇数的情况合并,如果是奇数,会求两次同样的 k 。 return (getKth(nums1, 0, n - 1, nums2, 0, m - 1, left) + getKth(nums1, 0, n - 1, nums2, 0, m - 1, right)) * 0.5; } private int getKth(int[] nums1, int start1, int end1, int[] nums2, int start2, int end2, int k) {
int len1 = end1 - start1 + 1; int len2 = end2 - start2 + 1; //让 len1 的长度小于 len2,这样就能保证如果有数组空了,一定是 len1 if (len1 > len2) return getKth(nums2, start2, end2, nums1, start1, end1, k); if (len1 == 0) return nums2[start2 + k - 1]; if (k == 1) return Math.min(nums1[start1], nums2[start2]); int i = start1 + Math.min(len1, k / 2) - 1; int j = start2 + Math.min(len2, k / 2) - 1; if (nums1[i] > nums2[j]) {
return getKth(nums1, start1, end1, nums2, j + 1, end2, k - (j - start2 + 1)); } else {
return getKth(nums1, i + 1, end1, nums2, start2, end2, k - (i - start1 + 1)); } }

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路过,博主的博客真漂亮。。
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