658. 找到k个最接近的数(Python)

题目

难度:★★★☆☆
类型:数学
方法:数学

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给定一个排序好的数组,两个整数 k 和 x,从数组中找到最靠近 x(两数之差最小)的 k 个数。返回的结果必须要是按升序排好的。如果有两个数与 x 的差值一样,优先选择数值较小的那个数。

示例 1:

输入: [1,2,3,4,5], k=4, x=3
输出: [1,2,3,4]

示例 2:

输入: [1,2,3,4,5], k=4, x=-1
输出: [1,2,3,4]

说明:

k 的值为正数,且总是小于给定排序数组的长度。
数组不为空,且长度不超过 104
数组里的每个元素与 x 的绝对值不超过 104

解答

解法1:滑动窗口

题目的要求是,在arr排序数组中,找到k个与x最接近的数字,并按顺序返回。

我们准备一个长度为k的窗口,在arr数组上滑动的过程中,该窗口中的元素一定会存在某种情况,成为题目的答案,重要的是,如何控制窗口的停止滑动。

窗口停止滑动时,应该满足的是,窗口最右端的元素与x的绝对值差值不大于窗口最左端的元素。

class Solution:
    def findClosestElements(self, arr, k: int, x: int):
        heap = []
        for i in range(len(arr)):
            if len(heap) < k:
                heap.append(arr[i])
            else:
                if abs(arr[i] - x) < abs(heap[0] - x):
                    heap.pop(0)
                    heap.append(arr[i])
        return heap

解法2:二分法

处理已经排序好的数组的最高效的方法是二分法。二分法有几个关键因素,即左右起始端点的确定,状态的更新以及返回的结果。我们这里使用二分法的目标是,找到中点mid,作为最终返回的窗口的左端位置。

左右端点的确定:选取左端点位置为0,右端点位置为len(arr)-k,因为mid作为左端,一定不会超过这个值。

状态更新:x - arr[mid] > arr[mid + k] - x时,左端点右移,否则右端点左移。

class Solution:
    def findClosestElements(self, arr, k: int, x: int):
        size = len(arr)
        left = 0
        right = size - k
        while left < right:
            mid = left + (right - left) // 2
            if x - arr[mid] > arr[mid + k] - x:
                left = mid + 1
            else:
                right = mid
        return arr[left:left + k]

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