题目如下所示:
给定两个大小为 m 和 n 的有序数组 nums1 和 nums2。
请你找出这两个有序数组的中位数,并且要求算法的时间复杂度为 O(log(m + n))。
示例 1:
nums1 = [1, 3]
nums2 = [2]
则中位数是 2.0
示例 2:
nums1 = [1, 2]
nums2 = [3, 4]
则中位数是 (2 + 3)/2 = 2.5
假设两个数组情况如下:
num[1]: 1 3 4 7
num[2]: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
因为时间复杂度为log,则应该采用二分查找法。
题目中的要求是找到两数组的中位数,相当于“找到数组中第k位数”的一个特殊例子,也就是说现在两数组一共有14个元素,则中位数应该是第7小的数字。(K= 7)
思路如下:
首先是找到第 7/2 = 3小的数,同时找到num1[3]和num2[3]的值,比较哪个值更大。上面可以看到是num1[3] > num2[3],则可以把num2中的num2[0] ~ num2[2]都可以排除掉。因为num1[3] > num2[3],即可以肯定num[1] > num2[0] ~ num2[2],所以这部分的值绝对不是我们所要找的“第7小的数”所在的位置。
当排除num2[0] ~ num2[2]后,需要重新设置数组的起始指针,即下次寻找中,应该从num2[4]开始,这样才做到排除的效果,同理num1中也要这样操作。
当排除3个不需要的数以后,在当前窗口中,需要寻找的是第k = 7 - 3 =4个最小的数。(即K值变化与所排除的数目有关)
这道题采用了递归的方法,递归的结束条件为 K = 1的时候,返回两数组中更小的那个值。
现在来介绍GetK函数。首先先定义了len1和len2,这两个值是表示当前num1和num2的窗口值(因为每次进行排除以后,会缩减窗口)。然后语句if (len1 > len2) return GetK(num2,start2,end2, num1, start1, end1 ,k); 是为了保持num1的元素数目永远小于num2,从而为了下一行语句打基础,if(len1 == 0) return num2[ start2 + k -1],即当前仅当num1中的窗口值为0,则可以直接在num2中寻找即可,这样做免除了判断num1或num2哪个窗口为空的两种情况,令代码更简洁。然后是更新num1和num2的头指针的位置,因为每次操作都会进行排除,即要把头指针移动到新的数组头位置,这里取决于k/2和len的大小(上文有提及)。这一些工作做好了以后,就来到关键部分,判断num1[i]和num2[j]的大小,选择排除哪部分。直到K=1的时候,递归结束并且返回正确值。
特殊情况一,就是当k = 10时,即 k/2 = 5,超过了num1数组的元素总数量,所以num1应该取最后一个值与num2比较,这里需要代码比较。
特殊情况二,如果两数组元素总和为奇数的时候,则只要让k = total /2即可,但是如果两数组元素总和为偶数的时候,要寻找两次,则 k = (total + 1) / 2 和 k = (total + 2) /2 ,两次获取的和再除以2才能获得答案。为了满足这个情况,无论是基数还是偶数,都计算k = (total + 1) / 2 和 k = (total + 2) /2,偶数的情况没有问题,奇数的时候K值都是一样的,只是计算多一次而已。
除此以外,代码中还要一个小技巧,就是如果发现num1的长度 > num2的长度,则交换。这样就保证任何情况下都是num1会产生当前窗口为0的情况,这样就可以直接在num2中查找即可。
代码如下:
class Solution {
public double findMedianSortedArrays(int[] nums1, int[] nums2) {
int x = nums1.length;
int y = nums2.length;
int KsLeft = (x + y + 1) / 2;
int Ksright = (x + y + 2) / 2; //这两个变量是给计算总数为偶数的时候所使用的,即第k位和第k+1位相加再除2的结果。
return (GetK(nums1, 0, x-1, nums2, 0 ,y-1 , KsLeft) + GetK(nums1, 0 , x-1, nums2, 0 ,y-1, Ksright)) * 0.5;
}
private int GetK(int [] num1, int start1, int end1 , int []num2, int start2, int end2, int k){
int len1 = end1 - start1 + 1; //计算当前修改过的数组的长度
int len2 = end2 - start2 + 1;
if (len1 > len2) return GetK(num2,start2,end2, num1, start1, end1 ,k); //总是让len1的长度小于len2
if(len1 == 0) return num2[ start2 + k -1]; //这里是一个小技巧,令1数组的长度小于2数组,这样只要1数组为空,就可以直接返回2数组的值
if(k==1) return Math.min(num1[start1] , num2[start2]); //最后一步,K=1的时候取两数组当前最小值的更小值
int i = start1 + Math.min(len1 , k/2) - 1;
int j = start2 + Math.min(len2 , k/2) - 1; //判断当前所需要的K值是否大于数组总长度
if(num1[i] > num2[j]) return GetK(num1, start1, end1, num2, j + 1 , end2, k - (j - start2 + 1));
else return GetK(num1, i + 1, end1 ,num2, start2, end2, k -( i - start1 +1));
}