【LeetCode】4. 寻找两个有序数组的中位数

该博客探讨了如何在O(log(m+n))的时间复杂度内找到两个有序数组nums1和nums2的中位数。通过示例1和示例2说明了算法的应用,并详细解释了解题思路,包括处理数组为空或其中一个数组先遍历完的情况。

题目描述

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))。
你可以假设 nums1 和 nums2 不会同时为空。

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

解题思路

分别遍历两个有序数组,先访问比较小的元素,直到中位数的位置为止。需要注意的点包括:

  • 两个数组如果有一个先遍历完的情况;
  • 两个数组如果有一个为空的情况;

代码实现

#define max(a,b) (a)>(b)?(a):(b)
#define min(a,b) (a)<(b)?(a):(b)

double findMedianSortedArrays(int* nums1, int nums1Size, int* nums2, int nums2Size){
    double ans;
    int temp1;
    int temp2;
    int numsSize;
    int i;
    int j;
    int k;
    
    numsSize = nums1Size + nums2Size;
    i = 0;
    j = 0;
    k = 0;

    if(nums1Size!=0&&nums2Size!=0){
        while(k<=numsSize/2){
            if(i==nums1Size){
                if(numsSize%2==0&&k==numsSize/2-1){
                    temp2 = nums2[j++];
                }else{
                    temp1 = nums2[j++];
                }
            }else if(j==nums2Size){
                if(numsSize%2==0&&k==numsSize/2-1){
                    temp2 = nums1[i++];
                }else{
                    temp1 = nums1[i++];
                }
            }else{
                if(numsSize%2==0&&k==numsSize/2-1){
                    if(nums1[i]<nums2[j]){
                        temp2 = nums1[i++];
                    }else{
                        temp2 = nums2[j++];
                    }
                }else{
                    if(nums1[i]<nums2[j]){
                        temp1 = nums1[i++];
                    }else{
                        temp1 = nums2[j++];
                    }
                }
            }
            k++;
        }
        
        if(numsSize%2==0){
            ans = (double)((temp1+temp2))/2;
        }else{
            ans = temp1;
        }
    }
    if(nums2Size==0){
        if(nums1Size%2==0){
            ans = (double)((nums1[nums1Size/2-1]+nums1[nums1Size/2]))/2;
        }else{
            ans = nums1[nums1Size/2];
        }
    }
    
    if(nums1Size==0){
        if(nums2Size%2==0){
            ans = (double)((nums2[nums2Size/2-1]+nums2[nums2Size/2]))/2;
        }else{
            ans = nums2[nums2Size/2];
        }
    }

    return ans;
}
以下是几种使用 Python 解决 LeetCode4 题(寻找两个有序数组中位数)的方法: ### 方法一:合并排序法 先对两个数组进行合并后排序,然后找到对应位置的数值。由于题目中两个数组都是正序数组,可使用归并排序合并两个数组[^3]。 ```python def findMedianSortedArrays(nums1, nums2): m, n = len(nums1), len(nums2) merged = [] i, j = 0, 0 while i < m and j < n: if nums1[i] < nums2[j]: merged.append(nums1[i]) i += 1 else: merged.append(nums2[j]) j += 1 while i < m: merged.append(nums1[i]) i += 1 while j < n: merged.append(nums2[j]) j += 1 length = m + n if length % 2 == 1: return merged[length // 2] else: return (merged[length // 2 - 1] + merged[length // 2]) / 2 ``` ### 方法二:转化为找第 K 小的数 根据中位数的定义,当 `m + n` 是奇数时,中位数两个有序数组中的第 `(m + n) / 2` 个元素;当 `m + n` 是偶数时,中位数两个有序数组中的第 `(m + n) / 2` 个元素和第 `(m + n) / 2 + 1` 个元素的平均值。因此,本题可转化成寻找两个有序数组中的第 `k` 小的数,其中 `k` 为 `(m + n) / 2` 或 `(m + n) / 2 + 1`[^4]。 ```python def findMedianSortedArrays(nums1, nums2): m, n = len(nums1), len(nums2) total_length = m + n def getKthElement(k): index1, index2 = 0, 0 while True: if index1 == m: return nums2[index2 + k - 1] if index2 == n: return nums1[index1 + k - 1] if k == 1: return min(nums1[index1], nums2[index2]) newIndex1 = min(index1 + k // 2 - 1, m - 1) newIndex2 = min(index2 + k // 2 - 1, n - 1) pivot1, pivot2 = nums1[newIndex1], nums2[newIndex2] if pivot1 <= pivot2: k -= newIndex1 - index1 + 1 index1 = newIndex1 + 1 else: k -= newIndex2 - index2 + 1 index2 = newIndex2 + 1 if total_length % 2 == 1: return getKthElement((total_length + 1) // 2) else: return (getKthElement(total_length // 2) + getKthElement(total_length // 2 + 1)) / 2 ```
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