两个有序数组 求第k小的数O(log(min(M,N))

本文介绍一种高效算法,用于查找两个有序数组中的第k小的数,复杂度达到O(log(min(M,N)))。通过分类讨论和递归思想,实现快速定位目标数值。

【题】两个有序数组 求第k小的数O(log(min(M,N))
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【思路】借助求解上中位数的思想 对k和数组长度分类讨论 划分出两个长度相同的部分 以求解最后第k小的数
【具体例子分析】
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【代码】

//求解上中位数算法
int FindProcess(vector<int>arr1, int start1, int end1, vector<int>arr2, int start2, int end2){
	if (start1 == end1){
		return min(arr1[start1], arr2[start2]);
	}//只有一个元素
	int check = ((end1 - start1 + 1) & 1) ^ 1;//判断数组元素是奇数还是偶数个 元素为偶数时 值是1 表示舍弃mid2位置   元素为奇数时  值为0 表示mid2位置要保留
	int mid1 = (start1 + end1) / 2;
	int mid2 = (start2 + end2) / 2;
	if (arr1[mid1] > arr2[mid2]) return FindProcess(arr1, start1, mid1, arr2, mid2 + check, end2);
	else if (arr1[mid1] < arr2[mid2]) return FindProcess(arr1, mid1 + check, end1, arr2, start2, mid2);
	    else return arr1[mid1];
}
//主方法
int FindKthNum(vector<int>arr1, vector<int>arr2, int k){
	int len1 = arr1.size();
	int len2 = arr2.size();
	if (len1 == 0 || len2 == 0) return -1;
	if (k<1 || k>(len1 + len2)) return -1;
	int lenl, lens;
	vector<int>longarr;
	vector<int>shortarr;
	if (len1 > len2){
		lenl = len1;
		lens = len2;
		longarr = arr1; 
		shortarr = arr2;
	}
	else{
		lenl = len2;
		lens = len1;
		longarr = arr2;
		shortarr = arr1;
	}
	//k小于短的数组长度
	if (k <= lens){ 
		return FindProcess(shortarr, 0, k - 1, longarr, 0, k - 1);
	}
	//k大于长的数组长度
	if (k > lenl){
		if (shortarr[k - lenl - 1] >= longarr[lenl - 1]) return shortarr[k - lenl - 1];
		if (longarr[k - lens - 1] >= shortarr[lens - 1]) return longarr[k - lens - 1];
		return FindProcess(shortarr, k - lenl, lens - 1, longarr, k - lens, lenl - 1);
	}
	//k在短数组与长数组长度之间
	if (longarr[k - lens - 1] >= shortarr[lens - 1]) return longarr[k - lens - 1];
	return FindProcess(shortarr, 0, lens - 1, longarr, k - lens, k - 1);
}

以上即为求解两个有序数组 求第k小的数O(log(min(M,N))

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给定两个有序数组,假设组 `nums1` 的长度为 `m`,组 `nums2` 的长度为 `n`。为了方便起见,假设 `m ≤ n`。要解这两个有序数组的中位或第 `k` 小的元素,可以采用以下两种方法。 ## 方法一:归并排序 这种方法的思路很简单,就是将两个有序数组归并成一个有序数组,然后再根据组长度和 k 的值确定中位或第 k 小的元素。具体步骤如下: 1. 定义两个指针 `p1` 和 `p2`,分别指向组 `nums1` 和 `nums2` 的起始位置。 2. 定义一个新组 `nums3`,用于存放归并后的有序数组。 3. 循环执行以下步骤,直到 `nums3` 中有 `k` 个元素: 1. 比较 `nums1[p1]` 和 `nums2[p2]` 的大小,将较小的元素加入 `nums3` 中。 2. 将指向较小元素的指针后移一位。 4. 如果 `m + n` 是奇,则 `nums3[(m+n)/2]` 就是中位;否则 `nums3[(m+n)/2-1]` 和 `nums3[(m+n)/2]` 的平均值就是中位。如果要第 k 小的元素,则返回 `nums3[k-1]`。 时间复杂度为 $O(m+n)$。 ## 方法二:二分查找 这种方法的思路比较巧妙,其核心思想是在两个有序数组中找到第 k 小的元素,假设这个元素在组 `nums1` 的位置是 `i`,在组 `nums2` 的位置是 `j`。那么有以下两种情况: 1. 如果 `nums1[i] < nums2[j]`,则组 `nums1[0...i]` 中的所有元素都是第 k 小的元素的候选元素,因为这些元素都小于 `nums2[j]`,而 `nums2[0...j]` 中的所有元素都不可能是第 k 小的元素,因为这些元素都小于 `nums1[i]`。 2. 如果 `nums1[i] >= nums2[j]`,则组 `nums2[0...j]` 中的所有元素都是第 k 小的元素的候选元素,因为这些元素都小于 `nums1[i]`,而 `nums1[0...i]` 中的所有元素都不可能是第 k 小的元素,因为这些元素都小于 `nums2[j]`。 具体步骤如下: 1. 定义两个指针 `p1` 和 `p2`,分别指向组 `nums1` 和 `nums2` 的起始位置。 2. 循环执行以下步骤,直到找到第 k 小的元素: 1. 如果 `p1 >= m`,说明组 `nums1` 已经没有元素可以参与比较,直接返回 `nums2[p2+k-1]`。 2. 如果 `p2 >= n`,说明组 `nums2` 已经没有元素可以参与比较,直接返回 `nums1[p1+k-1]`。 3. 如果 `k == 1`,直接返回 `min(nums1[p1], nums2[p2])`。 4. 比较 `nums1[p1+k/2-1]` 和 `nums2[p2+k/2-1]` 的大小,如果前者小于等于后者,则说明 `nums1[0...k/2-1]` 中的所有元素都小于等于第 k 小的元素,可以把这些元素全部排除掉,更新 `k` 的值为原来的一半,并将指向 `nums1` 的指针后移 `k/2` 个位置;否则说明 `nums2[0...k/2-1]` 中的所有元素都小于等于第 k 小的元素,可以把这些元素全部排除掉,更新 `k` 的值为原来的一半,并将指向 `nums2` 的指针后移 `k/2` 个位置。 3. 如果要中位,则返回第 `(m+n)/2` 小的元素和第 `(m+n)/2+1` 小的元素的平均值;如果要第 k 小的元素,则返回第 k 小的元素。 时间复杂度为 $O(\log(m+n))$。
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