leetcode 327.区间和的个数

这篇博客介绍了如何使用归并排序优化算法来解决寻找数组中和在特定范围内的子数组数量问题。从暴力循环的O(N^3)复杂度到前缀和优化的O(N^2),再到前缀和与归并排序结合的O(N*logN)解决方案,博主详细解析了每种方法的实现和效率。文章重点在于归并排序的实现,通过在归并过程中计算满足条件的子数组个数,实现了高效求解。

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链接:https://leetcode-cn.com/problems/count-of-range-sum/

第一种:暴力循环 O(N ^ 3)

public static int test(int[] nums, int lower, int upper) {
	// 纯暴力
	int len = nums.length;
	int count = 0;
	for (int i = 0; i < len; i++) {
		// 计算数组和, 以i为边界
		for (int j = 0; j <= i; j++) {
			// 确定右边界 R
			int sum = 0;
			for (int z = j; z <= i; z++) {
				sum += nums[z];
			}
			if (sum >= lower && sum <= upper) count ++;
		}
	}
	return count;
}

第二种:前缀和优化 O(N^2)

public static int test2(int[] nums, int lower, int upper) {
	// 构造前缀和
	int len = nums.length;
	int[] sums =  new int[len];
	sums[0] = nums[0];
	for (int i = 1; i < len; i++) sums[i] = sums[i - 1] + nums[i];

	int count = 0;
	for (int i = 0; i < len; i++) {
		for (int j = 0; j <= i; j++) {
			int num = -1;
			if (j - 1 < 0) {
				num = sums[i];
			}
			else {
				num = sums[i] - sums[j - 1];
			}
			if (num >= lower && num <= upper) count ++;
		}
	}
	return count;
}

前两种只测试了样例,时间上一定通过不了,在10^5数据下,至少需要O(NlogN)

第三种:前缀和 + 归并排序 O(N * logN)

 

/**
 *
 * @param nums  给定数组nums
 * @param lower  判断是否存在一个子数组在[lower, upper]
 * @param upper
 * @return
 */
public int countRangeSum(int[] nums, int lower, int upper) {
	if (nums == null || nums.length < 2) {
		if (nums != null) {
			if (nums[0] >= lower && nums[0] <= upper) return 1;
		}
		return 0;
	}

	// 计算前缀和
	long[] pres = new long[nums.length];
	pres[0] = nums[0];
	for (int i = 1; i < nums.length; i++) pres[i] = pres[i - 1] + nums[i];

	// 传递前缀数组
	return mergeSort(pres, 0, nums.length - 1, lower, upper);
}

private int mergeSort(long[] nums, int l, int r, int lower, int upper) {
	// 在进行merge的时候,假设当前i, 不会包含[0, i]的情况,所以需要进行特判
	if (l == r) {
		if (nums[l] >= lower && nums[l] <= upper) return 1;
		return 0;
	}

	int mid = l + ((r - l) >> 1);
	return mergeSort(nums, l, mid, lower, upper) + mergeSort(nums, mid + 1, r, lower, upper)
			+ merge(nums, l, mid, r, lower, upper);
}

private int merge(long[] nums, int l, int mid, int r, int lower, int upper) {
	// [windowsL, windowsR)
	int windowsL = l;
	int windowsR = l;
	int count = 0;
	for (int i = mid + 1; i <= r; i ++) {
		long newLower = nums[i] - upper;
		long newUpper = nums[i] - lower;
		while (windowsL <= mid && nums[windowsL] < newLower) windowsL++;
		while (windowsR <= mid && nums[windowsR] <= newUpper) windowsR++;
		count += windowsR - windowsL;
	}

	// 正常merge
	long[] help = new long[r - l + 1];
	int i = 0;
	int l1 = l, l2 = mid + 1;
	while (l1 <= mid && l2 <= r) {
		help[i++] = nums[l1] < nums[l2] ? nums[l1 ++] : nums[l2 ++];
	}
	while (l1 <= mid) {
		help[i ++] = nums[l1 ++];
	}
	while (l2 <= r) {
		help[i ++] = nums[l2 ++];
	}
	for (int j = 0; j < help.length; j++) {
		nums[l + j] = help[j];
	}
	return count;
}

总结

        归并解法:当出现某一位置i,去求解左侧或右侧满足题意情况下可行解个数

类似的问题:归并排序求小和(左侧),归并求解右侧nums[j] * 2 < nums[i]的个数。 

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