LeetCode Median of Two Sorted Arrays 在两个已排列的数组中找出中位数。时间复杂度为O(log(min(N,M))

完成一道题,真的是好开心,虽然自己蠢蠢的,到了研究生还在弄这些基础的算法,才开始学去整理自己的知识。但是没关系,就算是要用几年的时间才能获得别人现在就拥有的知识能力,能就用几年的时间吧!

题目

There are two sorted arrays nums1 and nums2 of size m and n respectively.

Find the median of the two sorted arrays. The overall run time complexity should be O(log (m+n)).

Example 1:

nums1 = [1, 3]
nums2 = [2]

The median is 2.0

Example 2:

nums1 = [1, 2]
nums2 = [3, 4]

The median is (2 + 3)/2 = 2.5

解题思路:

数组索引 0 1 2 3 4 5
数组1(num1) 3 5 8 9
数组2(num2) 1 2 7 10 11 12

其中,N1=4,N2=6,size=4+6=10.

1,现在有的是两个已经排好序的数组,结果是要找出这两个数组中间的数值,如果两个数组的元素个数为偶数,则输出的是中间两个元素的平均值。
2,可以想象,如果将数组1随便切一刀(如在3和5之间切一刀),数组1将分成两份,数组1左别的元素的个数为1,右边的元素的个数为3。

由于数组1和数组2最终分成的左右两份的个数是确定的,都是所有元素的个数的一半(size/2=5)所以我们也可以知道,此时对数组2应该切的一刀的位置应该在10和11之间,数组2左边的个数为4,右边的个数为2.才能使两个数组左右两边的元素个数加起来的和(1+4=2+3)相等。
另外,我们记在数组1靠近这一刀的左别的元素为L1(3),右边元素为R1(5).同理,记在数组2靠近这一刀的左别的元素为L2(10),右边元素为R2(11).
如果这一刀的位置是正确的,则应该有的结果是
L1<=R2
L2<=R1
这样就能确保,左边的元素都小于右边的元素了。

3,所以,我们只需要直接找出在数组1切这一刀的正确位置就可以了。
为了减少查找次数,我们对短的数组进行二分查找。将在数组1切割的位置记为cut1,在数组2切割的位置记为cut2,cut2=(size/2)-cut1。
cut1,cut2分别表示的是数组1,数组2左边的元素的个数。
4,切这一刀的结果有三种
1)L1>R2 则cut1应该向左移,才能使数组1较多的数被分配到右边。
2)L2>R1 则cut1应该向右移,才能使数组1较多的数被分配到左边。
3)其他情况(L1<=R2 L2<=R1),cut1的位置是正确的,可以停止查找,输出结果。
5,其他说明
1)考虑到边界条件,就是cut的位置可能在边缘,就是cut1=0或者cut1=N1,cut2=0或者cut2=N2的这些情况,我们将min和max两个特殊值分别加在数组1和数组2的两端,就可以统一考虑了。还有N1个数为0的时候,直接输出结果即可。
2)为了减少查找时间,使用的是二分查找,就是cut1的位置是一半一半的查找的,实现时间只要log(N),不然就会超时。所以,我们不能只是简单地将cut1–或者cut1++,而是要记下每次cut1的区域范围,我们将cut1的范围记录下来,用[cutL,cutR]表示。一开始cut1的范围是[cutL,cutR]=[0,N1],
如果L1>R2 则cut1应该向左移,才能使数组1较多的数被分配到右边。cut1的范围就变成了[cutL,cut1-1],下次的cut1的位置就是cut1 = (cutR - cutL) / 2 + cutL;。
如果L2>R1 则cut1应该向右移,才能使数组1较多的数被分配到左边。cut1的范围就变成了[cut1+1,cutR],下次的cut1的位置就是cut1 = (cutR - cutL) / 2 + cutL;。
3)数组的元素个数和是奇数的情况下,中间的元素应该就是min(R1,R2),只需另外处理输出就可以了。

JAVA实现代码

public static double findMedianSortedArrays(int[] nums1, int[] nums2) {
        int MIN_VALUE = 0x80000000;

        int MAX_VALUE = 0x7fffffff;

        int N1 = nums1.length;
        int N2 = nums2.length;
        if (N1 > N2) {// 确保N1是短的部分。
            return findMedianSortedArrays(nums2, nums1);
        }

        if (N1 == 0)
            return ((double) nums2[(N2 - 1) / 2] + (double) nums2[N2 / 2]) / 2;
        int size = N1 + N2;
        int cutL = 0, cutR = N1;
        int cut1 = N1 / 2;
        int cut2 = size / 2 - cut1;

        while (cut1 <= N1) {
            cut1 = (cutR - cutL) / 2 + cutL;
            cut2 = size / 2 - cut1;

            double L1 = (cut1 == 0) ? MIN_VALUE : nums1[cut1 - 1];
            double L2 = (cut2 == 0) ? MIN_VALUE : nums2[cut2 - 1];
            double R1 = (cut1 == N1) ? MAX_VALUE : nums1[cut1];
            double R2 = (cut2 == N2) ? MAX_VALUE : nums2[cut2];
            if (L1 > R2)
                cutR = cut1 - 1;
            else if (L2 > R1)
                cutL = cut1 + 1;
            else {// Otherwise, that's the right cut.
                if (size % 2 == 0) {// 偶数个数的时候
                    L1 = (L1 > L2 ? L1 : L2);
                    R1 = (R1 < R2 ? R1 : R2);
                    return (L1 + R1) / 2; 
                }

                else {
                    R1 = (R1 < R2 ? R1 : R2);       
                    return R1; 
                }
            }
        }
        return -1;
    }

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