【剑指offer】数组中的逆序对

题目描述

在数组中的两个数字，如果前面一个数字大于后面的数字，则这两个数字组成一个逆序对。输入一个数组,求出这个数组中的逆序对的总数P。并将P对1000000007取模的结果输出。即输出P%1000000007

思路分析：

看到这个题目，我们的第一反应是顺序扫描整个数组。没扫描到一个数组的时候，逐个比较该数字和它后面的数字的大小。如果后面的数字比它小，则这两个数字就组成了一个逆序对。假设数组中含有n个数字。由于每个数字都要和O(n)这个数字比较，因此这个算法的时间复杂度为O(n^2)。

我们以数组{7,5,6,4}为例来分析统计逆序对的过程。每次扫描到一个数字的时候，我们不拿ta和后面的每一个数字作比较，否则时间复杂度就是O(n^2)，因此我们可以考虑先比较两个相邻的数字。

(a) 把长度为4的数组分解成两个长度为2的子数组；

(b) 把长度为2的数组分解成两个成都为1的子数组；

(d) 把长度为2的子数组合并、排序，并统计逆序对；

在上图（a）和（b）中，我们先把数组分解成两个长度为2的子数组，再把这两个子数组分别拆成两个长度为1的子数组。接下来一边合并相邻的子数组，一边统计逆序对的数目。在第一对长度为1的子数组{7}、{5}中7大于5，因此（7,5）组成一个逆序对。同样在第二对长度为1的子数组{6}、{4}中也有逆序对（6,4）。由于我们已经统计了这两对子数组内部的逆序对，因此需要把这两对子数组排序如上图（c）所示， 以免在以后的统计过程中再重复统计。

接下来我们统计两个长度为2的子数组子数组之间的逆序对。合并子数组并统计逆序对的过程如下图如下图所示。

我们先用两个指针分别指向两个子数组的末尾，并每次比较两个指针指向的数字。如果第一个子数组中的数字大于第二个数组中的数字，则构成逆序对，并且逆序对的数目等于第二个子数组中剩余数字的个数，如下图（a）和（c）所示。如果第一个数组的数字小于或等于第二个数组中的数字，则不构成逆序对，如图b所示。每一次比较的时候，我们都把较大的数字从后面往前复制到一个辅助数组中，确保 辅助数组（记为copy） 中的数字是递增排序的。在把较大的数字复制到辅助数组之后，把对应的指针向前移动一位，接下来进行下一轮比较。

过程：先把数组分割成子数组，先统计出子数组内部的逆序对的数目，然后再统计出两个相邻子数组之间的逆序对的数目。在统计逆序对的过程中，还需要对数组进行排序。如果对排序算法很熟悉，我们不难发现这个过程实际上就是归并排序。参考代码如下：

# -*- coding:utf-8 -*-
class Solution:
    def InversePairs(self, data):
        length = len(data)
        if data == None or length <= 0:
            return 0
        copy = [0]*length
        for i in range(length):
            copy[i] = data[i]

        count = self.InversePairsCore(data, copy, 0, length-1)
        return count
    def InversePairsCore(self, data, copy, start, end):
        if start == end:
            copy[start] = data[start]
            return 0
        length = (end - start)//2
        left = self.InversePairsCore(copy, data, start, start+length)
        right = self.InversePairsCore(copy, data, start+length+1, end)

        # i初始化为前半段最后一个数字的下标
        i = start + length
        # j初始化为后半段最后一个数字的下标
        j = end

        indexCopy = end
        count = 0
        while i >= start and j >= start+length+1:
            if data[i] > data[j]:
                copy[indexCopy] = data[i]
                indexCopy -= 1
                i -= 1
                count += j - start - length
            else:
                copy[indexCopy] = data[j]
                indexCopy -= 1
                j -= 1

        while i >= start:
            copy[indexCopy] = data[i]
            indexCopy -= 1
            i -= 1
        while j >= start+length+1:
            copy[indexCopy] = data[j]
            indexCopy -= 1
            j -= 1
        return left + right + count

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