leetcode 34. 在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置(python)

在这里插入图片描述
这一题看了labuladong的题解:
https://leetcode-cn.com/problems/find-first-and-last-position-of-element-in-sorted-array/solution/er-fen-cha-zhao-suan-fa-xi-jie-xiang-jie-by-labula/
对于本题的思路如下:
分别找出左边界点和右边界点。

查找左边界和右边界点是二分查找的进阶版本,因此首先回顾一般的二分查找。

二分查找的一般思路:

def binary_search(nums, target):
	low = 0
	high = len(nums) - 1

	while low <= high:
		mid = (low + high)//2
		
		if nums[mid] == target:
			return mid
		if nums[mid] > target:
			high = mid - 1
		elif nums[mid] < target:
			low = mid + 1
	return None

查找左边界点的思路:
代码如下:

#查找左边界
        def find_left(nums,target):

            if len(nums) == 0:
                return -1

            left = 0
            right = len(nums) - 1

            while (left <= right):

                mid = (left + right) // 2

                if target == nums[mid]:

                    right = mid - 1

                elif target < nums[mid]:

                    right = mid - 1
                elif target > nums[mid]:
                    left = mid + 1
            
            if left - 1 == len(nums) - 1:
                print("###")
                return -1

            print(left)

            if nums[left] != target:
                return -1
            else:
                return right + 1

基本思路:

  1. 如果找到target == nums[mid],这时候更新右指针。同时在这种情况下,在下次循环时,因为数据已经本身有序(即target<nums[mid]), 不会出现target>nums[mid]的情况,因此右指针只负责查找边界点;因此这时候会移动左指针,而右指针不动。直到遍历到target再次等于nums[mid]时,右指针再次移动;
    最后完成的情况是right = mid - 1;left 和mid相等;
    因为在结束循环后,left应该是比mid大一;
    图形化表示如下:
    在这里插入图片描述
    但是除此之外,还需要注意以下点:
    在目标数组中不存在target的情况;
  2. 如果target大于数组中的所有元素,left指针一直再增加,直到left越界;所以代码中存在:
    if left - 1 == len(nums) -1的选项
  3. target在目标数组范围内,但是没有此元素;此时只需要判断nums[left] 是否与target相等,如果不相等,即是找不到;
  4. 当target小于数组中的所有元素的时候,即left值一直为0,right值为-1;在这种情况下,第二点已经包含了这种例子,即nums[left]!=target;同时left值为0并不能作为一个判断数组中不存在target的情况,因为是在寻找左边界,可能正好left值为0,right为-1,并且nums[left]=target.

查找右边界点的思路:

代码如下:

#查找右边界
        def find_right(nums,target):
            if len(nums) == 0:
                return -1

            left = 0
            right = len(nums) - 1

            while(left <= right):

                mid = (left + right) // 2

                if target == nums[mid]:
                    left = mid + 1
                elif target < nums[mid]:
                    right = mid - 1
                elif target > nums[mid]:
                    left = mid + 1
            print(left)
            
            if left == 0:
                print("###")

                return -1

            if nums[left - 1] != target:
                return -1
            else:
                return left - 1

查找右边界和左边界的情况类似,这次移动的是left指针查找边界;因为是右侧查找(在数组本身有序的情况下,即target<nums[mid],不会出现target>nums[mid]的情况),所以是right指针进行移动,而left指针用于查找边界。
并且,最后返回边界的值是left - 1(因为最后时候left=mid -1);此时right指针指向边界。
同时需注意以下情况:

  1. target在数组的大小范围内,但是不存在于数组中,因此,只需要判断nums[left - 1]是否与target相等,如果不相等,则查找不到。
  2. 在target大于数组中的所有元素时,left指针越界,但是在寻找右边界的过程中,在最后一次时也会有left=mid+1,右边指针越界的情况,因此归为上一条叙述的情况;即判断是否nums[left - 1]与target相等‘
  3. 在target小于数组中的所有元素时,left指针一直为0;并且最后时候right指针值为-1;根据第一条left-1值越界,因此需要单独考虑。
    总的代码就是把上述两类代码合起来即可。
    代码如下:
class Solution:
    def searchRange(self, nums, target):

        

        #查找左边界
        def find_left(nums,target):

            if len(nums) == 0:
                return -1

            left = 0
            right = len(nums) - 1

            while (left <= right):

                mid = (left + right) // 2

                if target == nums[mid]:

                    right = mid - 1

                elif target < nums[mid]:

                    right = mid - 1
                elif target > nums[mid]:
                    left = mid + 1
            
            if left - 1 == len(nums) - 1:
                print("###")
                return -1

            print(left)

            if nums[left] != target:
                return -1
            else:
                return right + 1




        #查找右边界
        def find_right(nums,target):
            if len(nums) == 0:
                return -1

            left = 0
            right = len(nums) - 1

            while(left <= right):

                mid = (left + right) // 2

                if target == nums[mid]:
                    left = mid + 1
                elif target < nums[mid]:
                    right = mid - 1
                elif target > nums[mid]:
                    left = mid + 1
            print(left)
            
            if left == 0:
                print("###")

                return -1

            if nums[left - 1] != target:
                return -1
            else:
                return left - 1


        de = find_left(nums,target)
        de1 = find_right(nums,target)
        temp = []
        temp.append(de)
        temp.append(de1)
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