两个排序数组的中位数

https://www.cnblogs.com/voidsky/p/5373982.html

问题介绍

这是个超级超级经典的分治算法!!这个问题大致是说,如何在给定的两个有序数组里面找其中的中值,或者变形问题,如何在2个有序数组数组中查找Top K的值(Top K的问题可以转换成求第k个元素的问题)。这个算法在很多实际应用中都会用到,特别是在当前大数据的背景下。

我觉得下面的这个思路特别好,特别容易理解!!请按顺序看。是来自leetcode上的stellari英文答案,我整理并自己修改了一下。

预备知识

先解释下“割”

我们通过切一刀,能够把有序数组分成左右两个部分,切的那一刀就被称为割(Cut),割的左右会有两个元素,分别是左边最大值和右边最小值。
我们定义L = Max(LeftPart),R = Min(RightPart)

Ps. 割可以割在两个数中间,也可以割在1个数上,如果割在一个数上,那么这个数即属于左边,也属于右边。(后面讲单数组中值问题的时候会说)

比如说[2 3 5 7]这个序列,割就在3和5之间
[2 3 / 5 7]
中值就是(3+5)/2 = 4

如果[2 3 4 5 6]这个序列,割在4上,我们可以把4分成2个
[2 3 (4/4) 5 7]
中值就是(4+4)/2 = 4

这样可以保证不管中值是1个数还是2个数都能统一运算。

割和第k个元素

对于单数组,找其中的第k个元素特别好做,我们用割的思想就是:

常识1:如果在k的位置割一下,然后A[k]就是L。换言之,就是如果左侧有k个元素,A[k]属于左边部分的最大值。(都是明显的事情,这个不用解释吧!)


双数组

我们设:
𝐶𝑖Ci为第i个数组的割。
𝐿𝑖Li为第i个数组割后的左元素.
𝑅𝑖Ri为第i个数组割后的右元素。

[图片上传失败...(image-82acc2-1584541055375)]

如何从双数组里取出第k个元素

[图片上传失败...(image-9c664f-1584541055375)]

  1. 首先𝐿𝑖<=𝑅𝑖Li<=Ri是肯定的(因为数组有序,左边肯定小于右边)
  2. 如果我们让𝐿1<=𝑅2L1<=R2 && 𝐿2<=𝑅1L2<=R1
  3. 那么左半边 全小于右半边,如果左边的元素个数相加刚好等于k,那么第k个元素就是Max(L1,L2),参考上面常识1。
  4. 如果 L1>R2,说明数组1的左边元素太大(多),我们把C1减小,把C2增大。L2>R1同理,把C1增大,C2减小。

假设k=3

对于
[1 4 7 9][1 4 7 9]
[2 3 5][2 3 5]

设C1 = 2,那么C2 = k-C1 = 1
[1 4/7 9][1 4/7 9]
[2/3 5][2/3 5]

这时候,L1(4)>R2(3),说明C1要减小,C2要增大,C1 = 1,C2=k-C1 = 2
[1/4 7 9][1/4 7 9]
[2 3/5][2 3/5]

这时候,满足了𝐿1<=𝑅2L1<=R2 && 𝐿2<=𝑅1L2<=R1,第3个元素就是Max(1,3) = 3。

如果对于上面的例子,把k改成4就恰好是中值。

下面具体来看特殊情况的中值问题。

双数组的奇偶

中值的关键在于,如何处理奇偶性,单数组的情况,我们已经讨论过了,那双数组的奇偶问题怎么办,m+n为奇偶处理方案都不同。

让数组恒为奇数

有没有办法让两个数组长度相加一定为奇数或偶数呢?

其实有的,虚拟加入‘#'(这个trick在manacher算法中也有应用),让数组长度恒为奇数(2n+1恒为奇数)。
Ps.注意是虚拟加,其实根本没这一步,因为通过下面的转换,我们可以保证虚拟加后每个元素跟原来的元素一一对应

img

映射关系

这有什么好处呢,为什么这么加?因为这么加完之后,每个位置可以通过/2得到原来元素的位置。

img

在虚拟数组里表示“割”

不仅如此,割更容易,如果割在‘#'上等于割在2个元素之间,割在数字上等于把数字划到2个部分。

奇妙的是不管哪种情况:

Li = (Ci-1)/2
Ri = Ci/2

例:

  1. 割在4/7之间‘#',C = 4,L=(4-1)/2=1 ,R=4/2=2
    刚好是4和7的原来位置!
  2. 割在3上,C = 3,L=(3-1)/2=1,R=3/2 =1,刚好都是3的位置!

剩下的事情就好办了,把2个数组看做一个虚拟的数组A,目前有2m+2n+2个元素,割在m+n+1处,所以我们只需找到m+n+1位置的元素和m+n+2位置的元素就行了。
左边:A[m+n] = Max(L1+L2)
右边:A[m+n+1] = Min(R1+R2)

Mid = (A[m+n]+A[m+n+1])/2
= (Max(L1+L2) + Min(R1+R2) )/2

至于在两个数组里找割的方案,就是上面的方案。

分治的思路

有了上面的知识后,现在的问题就是如何利用分治的思想。

怎么分?

最快的分的方案是二分,有2个数组,我们对哪个做二分呢?
根据之前的分析,我们知道了,只要C1或C2确定,另外一个也就确定了。这里,为了效率,我们肯定是选长度较短的做二分,假设为C1。

怎么治?

也比较简单,我们之前分析了:就是比较L1,L2和R1,R2。

  • L1>R2,把C1减小,C2增大。—> C1向左二分
  • L2>R1,把C1增大,C2减小。—> C1向右二分

越界问题

如果C1或C2已经到头了怎么办?
这种情况出现在:如果有个数组完全小于或大于中值。可能有4种情况:

  • C1 = 0 —— 数组1整体都比中值大,L1 >R2,中值在2中
  • C2 = 0 —— 数组1整体都比中值小,L1 <R2,中值在1中
  • C1 = n*2 —— 数组1整体都比中值小,L1 <R2,中位数在2中
  • C2 = m*2 —— 数组1整体都比中值大,L1 >R2,中位数在1中

考虑下面两种情况了,解决方案:

  • 如果C1 = 0 —> 那么我们缩小L1,L1 = INT_MIN,保证判断正确。
  • 如果C1 = n*2 —> 那么我们增大R1,R1 = INT_MAX,保证判断正确。

剩下两种情况解决方案类似。

**代码

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 213,992评论 6 493
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 91,212评论 3 388
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 159,535评论 0 349
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 57,197评论 1 287
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 66,310评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 50,383评论 1 292
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,409评论 3 412
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,191评论 0 269
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,621评论 1 306
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,910评论 2 328
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,084评论 1 342
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,763评论 4 337
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,403评论 3 322
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,083评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,318评论 1 267
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,946评论 2 365
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,967评论 2 351

推荐阅读更多精彩内容