两个有序数组的中位数

本文介绍了如何利用二分法解决LeetCode中的寻找两个有序数组中位数的问题,时间复杂度为O(log(min(n, m)))。通过确保元素数量相等并满足最大值小于等于最小值的条件,将问题转化为在其中一个数组中进行二分查找。文章还提到了四种特殊情况及代码实现。" 106973372,9542749,CMD命令详解与实践指南,"['CMD', 'DOS', '网络管理', '系统维护', '命令行工具']

第一次写文章,希望大家可以给我一点建议、留言,谢谢。

问题:

leetCode问题:求两个有序数组的中位数,时间复杂度要求 O( log(n+m) )

思路

下面是我自己的一种理解(来源于代码),自认为这种理解比较简单。
1.归并思想
这种算法比较容易理解,只需要计算出前面 (n + m + 1)/ 2 个就行了,不需要多说。不过不符合时间复杂度的要求。
2.二分法 / 折半查找
先说一下中位数,中位的把数组分为两个元素数量相等的两部分,并且左边最大值一定 <= 右边最小值。对于这道题,我们假设找到中位数后,一定会出现下面的情况:
在这里插入图片描述
红线分开的两边元素个数相等,并且Max( A[i-1], B[j-1 ]) <= Min(A[i], B[j]); i和j是下标
所以,我们完全可以把这个问题转化成:二分法查找有序数组里符合要求的数。
这个要求就是:
(1)两边元素数量各占一半,即 half = (n + m + 1) / 2; // n 和 m 为两个数组的长度。
(2)Max(A[i-1], B[j-1]) <= Min(A[i], B[j]);

条件(1)很好保证: 即令 j = half - i; 这样问题就变成了,在有序数组A中查找元素A[i], 满足条件(2),这样就是对数组A进行二分查找/折半查找,只是判断条件变了而已。

注意:最后结果有四种特殊情况,即数组A全部在左边,或者数组A全部在右边,或者数组B全部在左边,或者数组B全部在右边。
下面附代码: 亲测LeetCode通过

class Solution {
    public double findMedianSortedArrays(int[] nums1, int[] nums2) {
        int m = nums1.length;
        int n = nums2.length;
        if (m == 0 && n == 0) {
            return 0.0;
        }
        if (m > n) {
            int[] temp = nums1;
            nums1 = nums2;
            nums2 = temp;
            int tmp = m;
            m = n;
            n = tmp;
        }
        int min = 0, max = m;
        int half = (m + n + 1) / 2;
        while (min <= max) {
            int i = (min + max) / 2;
            int j = half - i;
            if (i < max && nums2[j - 1] > nums1[i]) { //最后的i应该在当前i的右边
                min = i + 1;
            } else if (i > min && j < n && nums2[j] < nums1[i - 1]) { //最后的i应该在当前i的左边
                max = i - 1;
            } else {
                int maxLeft = 0;
                if (i == 0) { // 数组A全部在右边
                    maxLeft = nums2[j - 1];
                } else if (j == 0) { // 数组B全部在右边
                    maxLeft = nums1[i - 1];
                } else {
                    maxLeft = Math.max(nums1[i - 1], nums2[j - 1]);
                }
                if ((n + m & 1) == 1) {
                    return maxLeft;
                }
                int minRight = 0;
                if (i == m) {  // 数组A全部在左边
                    minRight = nums2[j];
                } else if (j == n) {   // 数组B全部在左边
                    minRight = nums1[i];
                } else {
                    minRight = Math.min(nums1[i], nums2[j]);
                }
                return (maxLeft + minRight) / 2.0;
            }
        }
        return 0.0;
    }
}

附:代码来源于LeetCode上面,我只是写一下我对代码的理解。
综上:这个算法的时间复杂度为 O( log(Min(n, m)) )。
根据以上的思想,也可以求两个有序数组中的前k个数,只要把上面的half变为k就行。即j = k - i;

寻找两个有序数组中位数有多种方法,下面详细介绍两种常见方法。 ### 方法一:归并法 归并法的核心思路是合并两个有序数组,形成一个大的有序数组,然后找出这个大数组的中位数。 1. **合并数组**:使用两个指针分别遍历两个有序数组,比较指针所指元素的大小,将较小的元素依次放入新数组中,直到其中一个数组遍历完,再将另一个数组剩余的元素添加到新数组末尾。 2. **确定中位数**:根据新数组的长度确定中位数。如果新数组长度为奇数,中位数就是中间位置的元素;如果为偶数,中位数是中间两个元素的平均值。 示例代码如下: ```python def findMedianSortedArrays(nums1, nums2): merged = [] i, j = 0, 0 while i < len(nums1) and j < len(nums2): if nums1[i] < nums2[j]: merged.append(nums1[i]) i += 1 else: merged.append(nums2[j]) j += 1 # 添加剩余元素 merged.extend(nums1[i:]) merged.extend(nums2[j:]) n = len(merged) if n % 2 == 1: return merged[n // 2] else: return (merged[n // 2 - 1] + merged[n // 2]) / 2 ``` ### 方法二:不合并数组找中位数位置 该方法不需要合并两个有序数组,而是通过维护两个指针,直接找到中位数的位置。 1. **确定中位数位置**:由于两个数组的长度已知,因此中位数对应的两个数组的下标之和也是已知的。 2. **移动指针**:维护两个指针,初始时分别指向两个数组的下标 0 的位置,每次将指向较小值的指针后移一位(如果一个指针已经到达数组末尾,则只需要移动另一个数组的指针),直到到达中位数的位置。 3. **确定中位数**:根据两个数组的总长度的奇偶性确定中位数。 示例代码如下: ```python def findMedianSortedArrays(nums1, nums2): m, n = len(nums1), len(nums2) total_length = m + n is_odd = total_length % 2 == 1 mid = total_length // 2 prev, curr = 0, 0 i, j = 0, 0 for _ in range(mid + 1): prev = curr if i < m and (j >= n or nums1[i] < nums2[j]): curr = nums1[i] i += 1 else: curr = nums2[j] j += 1 if is_odd: return curr else: return (prev + curr) / 2 ```
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