力扣hot100:4. 寻找两个正序数组的中位数(归并排序/二分/双指针)

本文主要是介绍力扣hot100:4. 寻找两个正序数组的中位数(归并排序/二分/双指针),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

目录

一、暴力排序

二、归并排序

三、双指针

四、二分查找


 如果本题不说明时间复杂度应该为O(log(m+n),那么本题应该是一个简单题,解决的方法有很多。这里先列举出普通方法,再来讨论二分。

一、暴力排序

不管啦,直接纯暴力,合并之后排序了!O((n+m)log(m+n))

class Solution {
public:double findMedianSortedArrays(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {vector<int> num(nums1);num.insert(num.end(),nums2.begin(),nums2.end());sort(num.begin(),num.end());return (num[num.size()/2]+num[(num.size()-1)/2])/2.0;}
};

二、归并排序

        我们在学习归并排序的时候,解决过一个问题,当两个数组是有序的时,对他们进行排序,实际上只需要O(n+m)的时间就能解决。指向两个数组中较小的那一个,依次放入一个新的数组,最终就会得到一个排好序的数组。

class Solution {
public:double findMedianSortedArrays(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {vector<int> num;int n=nums1.size(),m=nums2.size();num.reserve(n+m);int left=0,right=0;while(left<n&&right<m){if(nums1[left]<nums2[right]){num.emplace_back(nums1[left++]);}else num.emplace_back(nums2[right++]);}if(left<n) num.insert(num.end(),nums1.begin()+left,nums1.end());else num.insert(num.end(),nums2.begin()+right,nums2.end());return (num[num.size()/2]+num[(num.size()-1)/2])/2.0;}
};

三、双指针

        用双指针找到中位数,不需要合并两个有序数组,只要找到中位数的位置即可。由于两个数组的长度已知,因此中位数对应的两个数组的下标之和也是已知的。维护两个指针,初始时分别指向两个数组的下标 0的位置,每次将指向较小值的指针后移一位(如果一个指针已经到达数组末尾,则只需要移动另一个数组的指针),直到到达中位数的位置。实际上你可以想象成两个数组已经合并排序,但是指针移动时是在各自的数组元素中移动的,因此双指针找中位数位置,只需要按照以上方法就能找到,每移动一次表示一个数已经归为(而且只有一个数)。

        用归并排序理解:双指针和归并排序的区别在于??实际上你发现归并排序改一改就可以找到中位数呢?怎么了呢?你依次放入一个新的数组,实际上由于你知道中位数的位置,那么你放入的位置刚好是中位数的位置不就是中位数了吗??

class Solution {
public:double findMedianSortedArrays(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {int n = nums1.size(), m = nums2.size();int total = (n + m)>>1;int left = 0, right = 0, last = 0, current = 0;for (int i = 0; i <= total; i++) {last = current; // 保存上一次的current值,以至于到了i==total时,last存的是total-1位置的值if (left < n && (right >= m || nums1[left] < nums2[right])) {current = nums1[left++];} else {current = nums2[right++];}}if ((n+m) % 2 == 0) {return (last + current) / 2.0;} else {return current;}}
};

        实现说明:

        这份代码进行了优化,实际上同一个算法,不同人来写会有不同的难度,比如上述代码实际上比较容易实现,我们用current来存储第i小的元素,那么遍历到i==total自然而然current就是第total小的元素。可能有的人会这样写,只有到total才存储第total小的元素,其他时候不存,那么这样写会写判断更复杂了。

        并且这里的if判断很有讲究,由于这里只有两种情况,因此我们只需要写出其中满足其中一种情况的if语句,那么不满足这个情况自然而然会执行另一种情况的语句。所以这里我们在写if时,只需要思考满足current = nums1[left++]的条件即可!

四、二分查找

        非常牛的方法。

        中位数的位置为:k=   mid1=(m+n)/2-1或mid2=(m+n)/2,即有k-1个数是比它小的。由于整个数组是顺序的,我们能否一次确定某个位置的数只有k-2个数比它小,而不用再考虑了呢?如何确定?

       我们令x=k/2-1(因为nums[i],则nums[i]之前一共i个数),我们比较nums1[x]和nums2[x]的大小:

①如果nums1[x]>nums2[x],则说明nums2[x]的数最多只有k/2-1+k/2-1<=k-2个数比它小,因此nums[0]~nums[x]都不需要再考虑了,由于我们已经筛了k/2个数,不考虑这些数。接下来我们需要寻找的是第k-k/2个数,令k=k-k/2 (达到了二分的效果)

②如果nums1[x]<nums2[x] 和①类似

③如果nums1[x]==nums2[x],则对于nums1[x]和nums2[x]而言,都必然有,最多只有1+k/2-1+k/2-1<=k-2个数比它小或等于(我们必须要找到k-1个比它小于等于的),因此去掉任何一个都行。

④当某个数组的下标越界了,那就缩小比对范围,比对一次后,去⑤

⑤如果另外一个数组为空,直接返回另一个数组的第k小元素。

⑥如果k=1,即我们需要找到0个比它小的,那么直接返回两个数组首下标的最小的那个即可。

朴素实现:

class Solution {
public:double findMedianSortedArrays(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {if(nums1.size()==0) return (nums2[nums2.size()/2]+nums2[(nums2.size()-1)/2])/2.0;if(nums2.size()==0) return (nums1[nums1.size()/2]+nums1[(nums1.size()-1)/2])/2.0;int mid=(nums1.size()+nums2.size())>>1;//mid表示k小的元素,"下标是k-1"if((nums1.size()+nums2.size())%2==1){return findk(nums1,nums2,mid+1,0,0);}else{return (findk(nums1,nums2,mid+1,0,0)+findk(nums1,nums2,mid,0,0))/2.0;}}int findk(vector<int>& nums1,vector<int>&nums2,int k,int start1,int start2) {//找到第k小的元素,前面有k-1个更小的if(start1>=nums1.size()) return nums2[start2+k-1];//下标直接越界咯if(start2>=nums2.size()) return nums1[start1+k-1];if(k==1) return min(nums1[start1],nums2[start2]);//这个一定要在上面的后面,因为可能start1和start2已经越界!!int x=k/2-1;if(start1+x>=nums1.size()) {//nums1不够用了x=nums1.size()-start1-1;//最多比对到nums1.size()-1if(nums1[start1+x]<=nums2[start2+x]) {//k/2-1+k/2-1<=k-2 nums1已经废了k=k-x-1;//筛去了x+1个数,现在寻找的是第k-x-1小的数了return nums2[start2+k-1];}else {start2=start2+x+1;//nums2[start2+x]被筛去了k=k-x-1;return findk(nums1,nums2,k,start1,start2);}}if(start2+x>=nums2.size()) {//nums2不够用了x=nums2.size()-start2-1;//最多比对到nums2.size()-1if(nums1[start1+x]>=nums2[start2+x]) {//k/2-1+k/2-1<=k-2 nums2已经废了k=k-x-1;//筛去了x+1个数,现在寻找的是第k-x-1小的数了return nums1[start1+k-1];}else {start1=start1+x+1;//nums1[start1+x]被筛去了k=k-x-1;return findk(nums1,nums2,k,start1,start2);}}if(nums1[start1+x]>=nums2[start2+x]) {k=k-x-1;start2=start2+x+1;return findk(nums1,nums2,k,start1,start2);}else {k=k-x-1;start1=start1+x+1;return findk(nums1,nums2,k,start1,start2);}return 0;}
};

高级实现:

(1)我们始终保持nums1剩余部分最短,这样保证了代码不需要多次判断

(2)保持nums1剩余最短,只需要判断nums1是否越界

(3)将下标越界和普通查找合并,实际上我们每次都能保证前面元素一共k-2个元素时筛选,即使其中有个越界了,我们也可以保证,这样可以更快。

class Solution {
public:double findMedianSortedArrays(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {if(nums1.size()==0) return (nums2[nums2.size()/2]+nums2[(nums2.size()-1)/2])/2.0;if(nums2.size()==0) return (nums1[nums1.size()/2]+nums1[(nums1.size()-1)/2])/2.0;int mid=(nums1.size()+nums2.size())>>1;//mid表示k小的元素,"下标是k-1"if((nums1.size()+nums2.size())%2==1){return findk(nums1,nums2,mid+1,0,0);}else{return (findk(nums1,nums2,mid+1,0,0)+findk(nums1,nums2,mid,0,0))/2.0;}}int findk(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2, int k, int start1, int start2) {// 确保nums1是较短的数组if (nums1.size() - start1 > nums2.size() - start2) return findk(nums2, nums1, k, start2, start1);// 检查边界条件if (start1 >= nums1.size()) return nums2[start2 + k - 1];if (k == 1) return min(nums1[start1],nums2[start2]);// 递归查找int k1 = min(start1 + k / 2, (int)nums1.size()) - start1;//nums1拉满int k2 = k - k1;//k2=k1也是行的;不过可以:nums2根据nums1选的数量调整,保证 k1+k2=k ,这样一定能保证前面有k-2个,减少匹配数量if (nums1[start1 + k1 - 1] < nums2[start2 + k2 - 1])return findk(nums1, nums2, k - k1, start1 + k1, start2);elsereturn findk(nums1, nums2, k - k2, start1, start2 + k2);
}
};

数组:nums[i],可以认为是nums[i]前面一共有i个数, 如果nums[i]是一个增序数组,那么nums[i]就是第i+1小的,它前面一共有i个小于或等于它的。

这篇关于力扣hot100:4. 寻找两个正序数组的中位数(归并排序/二分/双指针)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



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