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「算法」「4. 寻找两个有序数组的中位数」看似简单实际暗藏玄机,

「算法」「4. 寻找两个有序数组的中位数」看似简单实际暗藏玄机,

作者: 阿啦琳 | 来源:发表于2020-01-14 00:58 被阅读0次

    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


    这道题是我初学数据算法不久,第一次遇到的困难题。这道题如果没有时间复杂度的限制,则是一道非常简单的题目,但是难点就在这个时间复杂度(很多人都没理解题意,直接拼接了两个数组,然后进行排序直接提交了上去)。当初为了这个时间复杂度,写了100行的算法代码,但却没有通过。实在是有些遗憾。拜读了题解第三的解法,图文并茂。

    题解思路是对于两个数组不断的使用二分法进行求解。

    第一步操作

    比如,有两个数组
     [1,3,4,9]
     [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]
    而两个数组中,我们要求其中位数,则是第 target 为 第 7 位。而同时我们对两个数组进行操作,位数为 7 / 2 向下取整,即同时操作 3 位
    则此时
     [1,3,4,9]
          ↑
     [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]
          ↑
    由于
    4 > 3
    我们可以排除掉下边数组包括 3 前边的元素,因为它们必定不是我们要寻找的元素。
    现在数组变成了
    [1,3,4,9]
    [4,5,6,7,8,9,10]
    

    第二步操作

    接着在新数组中寻找新的中位数,此时位数由 此时 target 为 7 减去已去除的 3 位,即为 4,按照上面的操作方法,此时我们同时操作 4 / 2 = 2 位
    [1,3,4,9]
       ↑
    [4,5,6,7,8,9,10]
       ↑
    由于
    5 > 3
    我们可以去除上边数组包括 3 前边的元素。
    此时数组变为
    [4,9]
    [4,5,6,7,8,9,10]
    

    第三步操作

    第一次操作去除了3位,第二次操作再次去除了 2 位,此时离我们的目标只剩下2位。再次使用上述方法,操作 2 / 2 = 1位
    但是此时元素的相等了,那么就假定上边的数组的元素大于下边的数组的元素,进行操作
    此时数组变为
    [4,9]
    [5,6,7,8,9,10]
    此时我们还差最后一位进行操作,则直接比较返回即可。
    

    此时代入代码

    /**
     * @param {number[]} nums1
     * @param {number[]} nums2
     * @return {number}
     */
    var findMedianSortedArrays = function(nums1, nums2) {
        //首先获取两个数组的长度,
        const length1 = nums1.length
        const length2 = nums2.length
        
        const left = parseInt((length1 + length2 + 1) / 2)
        const right = parseInt((length1 + length2 + 2) / 2)
        //因为总数组的长度的奇偶不同,所需要求的中位数值是不同的,所以我们需要判断一下
        if(left === right) {
            return getMidNum(nums1, 0, length1 - 1, nums2, 0, length2 - 1, left) //如果左右相同,那么就只用计算一个进行返回
        }else {
            return (getMidNum(nums1, 0, length1 - 1, nums2, 0, length2 - 1, left) + getMidNum(nums1, 0, length1 - 1, nums2, 0, length2 - 1, right)) / 2//如果左右不能等,那么说明需要计算总数组的中间两位数
        }
    
        function getMidNum(nums1, start1, end1, nums2, start2, end2, key) {
            const len1 = end1 - start1 + 1 //先获取传入的两个数组的长度,就如前边一样,我们始终要保持nums2长度大于nums1。
            const len2 = end2 - start2 + 1
            if(len1 > len2) {
                return getMidNum(nums2, start2, end2, nums1, start1, end1, key) //递归终止,互换传入的数组
            }
            if(len1 === 0) { //len1已经不够了,直接计算剩下的key,返回nums2里的数据即可
                return nums2[start2 + key - 1]
            }
            if(key === 1) { //已经逼近了最后的一位数,此时直接比较数组的start位即可。因为len2 > len1,且len1 !== 0,此时两个数组都必是有值的。
                return Math.min(nums1[start1], nums2[start2])
            }
            //此时开始计算两个数组应该逼近的位数,
            let i = start1 + Math.min(len1, parseInt(key / 2)) - 1
            let j = start2 + Math.min(len2, parseInt(key / 2)) - 1
            //比较数组,小的数组的start去掉(实际是更新start位置
            if(nums1[i] > nums2[j]) {
                return getMidNum(nums1, start1, end1, nums2, j + 1, end2, key - (j - start2 + 1))
            }else {
                return getMidNum(nums1, i + 1, end1, nums2, start2, end2, key - (i - start1 + 1))
            }
        }
    };
    

    代码设计的得很精妙。
    用到了递归,因为是一次递归,所以空间复杂度实际上是O(1),且时间复杂度是log(m+n)。


    来源:力扣(LeetCode)
    链接:https://leetcode-cn.com/problems/median-of-two-sorted-arrays
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