287. 寻找重复数 二分法

本文介绍了一种在不修改原始数组且仅使用O(1)额外空间的情况下,找到数组中重复整数的方法。通过二分查找和快慢指针技巧,实现了时间复杂度为O(nlogn)和O(n)的解决方案。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

给定一个包含 n + 1 个整数的数组 nums,其数字都在 1 到 n 之间(包括 1 和 n),可知至少存在一个重复的整数。假设只有一个重复的整数,找出这个重复的数。
示例 1:
输入: [1,3,4,2,2]
输出: 2
示例 2:
输入: [3,1,3,4,2]
输出: 3
说明:
不能更改原数组(假设数组是只读的)。
只能使用额外的 O(1) 的空间。
时间复杂度小于 O(n2) 。
数组中只有一个重复的数字,但它可能不止重复出现一次。

解题思路

如果没有限制,可以采用哈希表,或者对数组进行排序。
有了限制之后要使用时间换空间。

class Solution(object):
    def findDuplicate(self, nums):
        """
        :type nums: List[int]
        :rtype: int
        找准对什么进行二分
        本题中当小于等于n的个数为n,表面无重复数值,若大于n,则比存在重复的数
        """
        left, right = 0, len(nums) - 1 
        n = len(nums)
        while left < right:
            cnt  = 0
            mid = (left + right) // 2  # 选择中间的一个数
            for i in range(n):   # 判断小于等于mid的数的个数cnt
                if nums[i] <= mid:
                    cnt += 1 

            if cnt > mid:  # 如果cnt > mid,说明重复的数一定存在于[left, mid]中
                right = mid 
            else:          # 否则存在于[mid + 1, right]中
                left = mid + 1 

        return left

时间复杂度为O(nlogn),空间复杂度为O(1)

快慢指针

class Solution:
    def findDuplicate(self, nums: List[int]) -> int:
        """快慢指针
        数组的下标就是指向元素的指针,把数组的元素也看作指针。如0是指针,指向nums[0],
        而nums[0]也是指针,指向nums[nums[0]].
        如果数组中存在相同的元素,就能形成一个环。
        设起点到环的距离为m,环的长度为c。当慢指针走了n步,快指针走了2n步时二者相遇。
        那么快指针比慢指针多做的(2n-n)都是在环中走的,
        即n%c==0,慢指针在环中走了(n-m)
        """
        fast, slow = 0, 0 
        while True:
            fast = nums[nums[fast]]
            slow = nums[slow]
            if fast==slow:
                break 
        
        # 当finder指针走m步是,到达环的起点,此时慢指针走了(n - m + m)=n,
        # 也刚好到环的起点,二者在环的起点相遇,返回起点的值
        finder = 0 
        while True:
            slow = nums[slow]
            finder = nums[finder]
            if finder==slow:
                return finder
            
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