算法 2.3.1 多数元素【leetcode 169】

题目描述

给定一个大小为 n 的数组,找到其中的多数元素。多数元素是指在数组中出现次数大于 ⌊ n/2 ⌋ 的元素。
你可以假设数组是非空的,并且给定的数组总是存在多数元素。

示例 1:
输入: [3,2,3]
输出: 3

示例 2:
输入: [2,2,1,1,1,2,2]
输出: 2

数据结构

  • 数组

算法思维

  • 遍历、计数、摩尔投票法

解题思路


一. Comprehend 理解题意
  • 数组中至少有 length/2 +1 个相同的元素,这个元素即为“多数元素”
  • 用遍历的方式找出数组中的“多数元素”

二. Choose 选择数据结构与算法
计数法
  • 数据结构:数组
  • 算法思维:遍历、计数
  • 解题思路
    元素每出现一次就 计数 +1
    不断判断计数是否 > n/2

三. Code 编码实现基本解法
class Solution {
   public int majorityElement(int[] nums) {
        Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();
        for (int num : nums) {
            int count = map.getOrDefault(num, 0) + 1;
            //超过一半,则直接返回
            if (count > nums.length / 2) {
                return num;
            }
            map.put(num, count);
        }
        return -1;
    }
}

执行耗时:14 ms,击败了 27.94% 的Java用户
内存消耗:43.7 MB,击败了 22.77% 的Java用户

时间复杂度:O(n)
  • 原数组遍历 O(n)
  • map 集合的读取和存入 O(n)

空间复杂度:O(n)
  • map 集合最多需要 O(n/2) 的内存空间

四. Consider 思考更优解
改变算法思维:摩尔投票法 / “盯人战术”
  • 数组中的每个元素都有一张选票
  • 每个元素都和当前的“冠军元素”比较,如果相同则给冠军元素(即自己)投赞成票,如果不同则投反对票
  • 开始时以第一个元素为冠军元素,每当反对票超过赞成票时,冠军易主
  • 由于多数元素控制着半数以上的选票,比任何其他元素的选票加起来都多,因此无论投票顺序如何,最终多数元素都会胜选
  • 遍历结束时的“冠军元素”即为数组中的多数元素

五. Code 编码实现最优解
class Solution {
    public int majorityElement(int[] nums) {

        //1.投票开始前,以第一个元素为冠军,它拥有自己的一张赞成票
        int champion = nums[0];
        int votes = 1;

        //2.所有元素逐一投票
        for(int i=1; i<nums.length; i++){
            //3.如果是“自己人”就投赞成票
            if (nums[i] == champion) votes++;
            //4.如果不是“自己人”就投反对票
            else votes--;
            //5.当反对票多于赞成票,冠军易主为当前投票者,其初始赞成票数为1
            if (votes == -1){
                champion = nums[i];
                votes = 1;
            }
        }

        //6.最终胜选的即为多数元素
        return champion;
    }
}

执行耗时:1 ms,击败了 99.99% 的Java用户
内存消耗:41.9 MB,击败了 44.00% 的Java用户

时间复杂度:O(n)
  • 原数组遍历 O(n)

空间复杂度:O(1)
  • 两个整型变量,常数级内存空间 O(1)

六. Change 变形与延伸

=== 待续 ===

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