4. 寻找两个有序数组的中位数/C++

此代码参考了官方的Java代码。

中位数有2个特点:

  1. 中位数左边的数与右边的数个数相等
  2. 中位数左边的数都比右边的数要小

实质是找到一条分界线,将2个数组的左边和右边分开,并且使左边的个数与右边差一个(数组元素总数为奇数时)或者相等(数组元素为偶数)。
设nums1的分界线为i,nums2的分界线为j。
利用二分查找法在nums1数组找分界线i,由于左边个数与右边个数相等或差一,因此与i对应的j也很容易确定。
在二分查找时,只要保证左边的最大值小于等于右边的最小值即可。
中位数便是左边的最大值,或者左边最大值与右边最小值的平均数。
时间复杂度为O(log(min(m+n)))

ps:i和j所指向的是中位数的下一个位置(当总数为奇数时)或者第二个中位数(总数为偶数时)。
ps2:当有1个数组为空时,findMedian()也可以成功判断。

double findMedian(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2){
    int i=0,j=0;
    int iMin=0,iMax=nums1.size();
    int half=(nums1.size()+nums2.size()+1)/2;
    
    //二分查找
    while(iMin<=iMax){
        i=(iMin+iMax)/2;
        j=half-i;
        //将分界线向右移动(j对应的向左移动)
        if(i<iMax && nums2[j-1]>nums1[i]){
            iMin = i+1;//i太小
        //将分界线向左移动
        }else if(i>iMin && nums1[i-1]>nums2[j]){
            iMax = i-1;//i太大
        //找到i了
        }else{
            double maxLeft=0.0;
            //nums1的数都不在左边
            if(i==0)    maxLeft=nums2[j-1];
            //nums2的数都不在左边
            else if(j==0)    maxLeft=nums1[i-1];
            //正常情况
            else    maxLeft=max(nums1[i-1],nums2[j-1]);
            //总数为奇数,则直接返回一个数
            if((nums1.size()+nums2.size())%2==1)
                return maxLeft;
            
            //总数为偶数
            double minRight;
            //nums1的数都不在右边
            if(i==nums1.size()) minRight=nums2[j];
            //nums2的数都不在右边
            else if(j==nums2.size()) minRight=nums1[i];
            //正常情况
            else minRight=min(nums1[i],nums2[j]);
            //返回中间两个数的平均数
            return (maxLeft+minRight)/2.0;
        }
    }
    return 0.0;
}
double findMedianSortedArrays(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
    if (nums1.empty() && nums2.empty()) {
		throw "两个数组都为空!";
	}
    //让i在较小的数组上二分查找,以避免j为负数
    if(nums1.size()<nums2.size())
        return findMedian(nums1,nums2);
    else
        return findMedian(nums2,nums1);
}

要使用 C++ 寻找两个正序数组中位数,有两种常见的方法,一种是合并数组后求中位数,另一种是使用二分查找法。 ### 合并数组法 此方法先将两个有序数组合并成一个有序数组,接着依据合并后数组的长度奇偶性来计算中位数。以下是代码示例: ```cpp #include <vector> using namespace std; class Solution { public: double findMedianSortedArrays(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) { vector<int> merged; int i = 0, j = 0; int m = nums1.size(), n = nums2.size(); // 合并两个有序数组 while (i < m && j < n) { if (nums1[i] <= nums2[j]) { merged.push_back(nums1[i++]); } else { merged.push_back(nums2[j++]); } } while (i < m) merged.push_back(nums1[i++]); while (j < n) merged.push_back(nums2[j++]); // 计算中位数 int len = merged.size(); if (len % 2 == 1) { return merged[len / 2]; } else { return (merged[len / 2 - 1] + merged[len / 2]) / 2.0; } } }; ``` 该方法的时间复杂度为 $O(m + n)$,因为要遍历两个数组并合并。 ### 二分查找法 该方法的关键在于,无需完全合并两个数组,而是通过比较两个数组中的元素来逼近中位数,时间复杂度为 $O(log(min(m, n)))$。不过代码实现相对复杂。 ### 示例调用 ```cpp #include <iostream> #include <vector> // 上面的 Solution 类定义 int main() { Solution sol; vector<int> nums1 = {1, 3}; vector<int> nums2 = {2}; double median = sol.findMedianSortedArrays(nums1, nums2); cout << "Median: " << median << endl; return 0; } ```
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