Java算法题1:找出两个有序数组的中位数?

问题描述:

    给定两个大小为 m 和 n 的有序数组nums1 nums2 

    请找出这两个有序数组的中位数。要求算法的时间复杂度为 O(log (m+n)) 。

    示例 1:

        nums1 = [1, 3]

        nums2 = [2]

        中位数是 2.0

    示例 2:

        nums1 = [1, 2]

        nums2 = [3, 4]

    中位数是 (2 + 3)/2 = 2.5


看到问题我的第一反应就是  融合两个数组再排序, 两数组的合并长度的奇偶来判断具体的位置获取中位数。

然后就是有了下面的写法1,哈哈(好吧,我承认自己是有点垃圾):

public static final int[] nums1 = {1,4,7,10,15};

public static final int[] nums2 = {3,4,5,11,18};

public static void main(String[] args) {

        solutionOne(nums1, nums2);

}


public static void solutionOne(int[] nums1, int[] nums2) {

        // 建立第三个融合数组

        int nums3[] = Arrays.copyOf(nums1, nums1.length + nums2.length);

        System.arraycopy(nums2, 0, nums3, nums1.length, nums2.length);

        // 对数组进行排序

        Arrays.sort(nums3);

        int arrayLen = nums3.length;

        if (arrayLen % 2 == 0) {

                    int centerLen = arrayLen / 2;

                    System.err.print((double)((nums3[centerLen - 1] + nums3[centerLen]) / 2));

        } else {    

                    System.out.println(nums3[arrayLen / 2]);

        }

}

然后如果是要求算法的时间复杂度为 O(log (m+n)) 就不能这样了, 跑去查了下

思路

其实想下结果就知道最后的中位数 一定是在大于一半数组 和 小于一半数组的中间的,所以用二分法。

用二分法拆分两个数组nums1, nums2,保证每一次拆分的都是去掉两个数组的一半子数组的

相对来说 短数组肯定是相对于长数组更早轮训完。

算法的复杂度为 O(log (m+n)) ,m 为数组A长度, n 为数组B长度。中位数的位置应该是 k = ( m + n ) / 2 +1

从两个数组整体来看,当长度 L= m + n 是偶数时,要求第 (L / 2) 和第 (L / 2 + 1) 的两个数取均值。

我们可以砍掉一部分,假设砍掉的部分长度为 length,那么接下来就是在剩下的数组里求第 (k - length) 的数。

逐层缩小范围,直到两数组其中一个走完,或者要求的是第 1 大的元素,就可以直接返回结果了。


要找融合数组 C 的第 k 元素,即 C[k-1],那如果我们从 A 和 B 中分别取前 k/2 个元素,其中必然有一部分是

在数组 C 的前 k 个数里。设 mid = k / 2,当比较两数组第 k / 2位置数值 A[mid - 1] < B[mid - 1] 时,可以断定

 A 的前 mid 个元素是在 C 的前 k 个数里,那么我们则舍弃 A 的前 mid 个元素。反之则舍弃 B 的前 mid 个元素。

现在数组 A 或者 B 已经舍弃掉 k/2 个元素,缩小查找范围了,不断递归选择下去,直到找到目标元素!

public static double solutionThrid(int[] A, int[] B) {

        int len = A.length + B.length;

        if(len % 2 != 0 ) {

                return findKit(A, 0, B, 0 ,(len/2)+1);

        }

        return (findKit(A, 0, B, 0, len/2) + findKit(A, 0, B, 0, len/2+1))/2;

}

public static int findKit(int[] A, int siteA, int[] B, int siteB, int k) {

// 如果A数组的轮训位置到了A的长度,那么B数组剩下的中位数就是结果

        if(siteA >= A.length) {

                return B[siteB+k-1];

        }

        // 如果B数组的轮训位置到了B的长度,那么A数组剩下的中位数就是结果

        if(siteB >= B.length) {

                return A[siteA+k-1];

        }

        // 如果轮训到最后取小的值

        if(k==1) {

                return Math.min(A[siteA], B[siteB]);

        }

        // 取下次的AB轮训位置

        int nextSiteA = siteA + k/2 -1 < A.length?A[siteA+k/2-1]:Integer.MAX_VALUE;

        int nextSiteB = siteB + k/2 -1 < B.length?B[siteB+k/2-1]:Integer.MAX_VALUE;

        if(nextSiteA < nextSiteB) {

                return findKit(A, siteA+k/2, B, siteB, k-k/2);

        }else {

                return findKit(A, siteA, B, siteB+k/2, k-k/2);

        }

}


官方解答:


class Solution {

    public double findMedianSortedArrays(int[] A, int[] B) {

        int m = A.length;

        int n = B.length;

        if (m > n) { // to ensure m<=n

            int[] temp = A; A = B; B = temp;

            int tmp = m; m = n; n = tmp;

        }

        int iMin = 0, iMax = m, halfLen = (m + n + 1) / 2;

        while (iMin <= iMax) {

            int i = (iMin + iMax) / 2;

            int j = halfLen - i;

            if (i < iMax && B[j-1] > A[i]){

                iMin = iMin + 1; // i is too small

            }

            else if (i > iMin && A[i-1] > B[j]) {

                iMax = iMax - 1; // i is too big

            }

            else { // i is perfect

                int maxLeft = 0;

                if (i == 0) { maxLeft = B[j-1]; }

                else if (j == 0) { maxLeft = A[i-1]; }

                else { maxLeft = Math.max(A[i-1], B[j-1]); }

                if ( (m + n) % 2 == 1 ) { return maxLeft; }

                int minRight = 0;

                if (i == m) { minRight = B[j]; }

                else if (j == n) { minRight = A[i]; }

                else { minRight = Math.min(B[j], A[i]); }

                return (maxLeft + minRight) / 2.0;

            }

        }

        return 0.0;

    }

}


题目: https://leetcode-cn.com/problems/median-of-two-sorted-arrays/solution/

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