LeetCode #162 #81 2018-08-16

162. Find Peak Element

https://leetcode.com/problems/find-peak-element/description/

这道题同样使用Binary Search来解。当选定一个mid时,会出现以下3种情况:
(1) num[m] > num[m - 1] && num[m] > num[m + 1],说明我们已经找到波峰,直接返回m即可。
(2) num[m] < num[m - 1] && num[m] < num[m + 1],说明mid所在位置为波谷,由于题目定义num[-1] = num[n] = -∞,所以两边都必定存在波峰,怎么移动都可以。
(3) num[m] > num[m - 1] && num[m] < num[m + 1] 或者 num[m] < num[m - 1] && num[m] > num[m + 1] 即mid处于上升或者下降阶段,这时我们只要向大的方向前进就一定可以找到波峰。
代码如下:

class Solution:
    def findPeakElement(self, nums):
        """
        :type nums: List[int]
        :rtype: int
        """
        if len(nums) == 1 or len(nums) >= 2 and nums[0] > nums[1]:
            return 0
        if len(nums) >= 2 and nums[-1] > nums[-2]:
            return len(nums) - 1
        left = 1
        right = len(nums) - 2
        while left <= right:
            mid = (left + right) // 2
            if nums[mid - 1] < nums[mid] > nums[mid + 1]:
                return mid
            if nums[mid - 1] > nums[mid] < nums[mid + 1]:
                left = mid + 1
            elif nums[mid - 1] < nums[mid] < nums[mid + 1]:
                left = mid + 1
            elif nums[mid - 1] > nums[mid] > nums[mid + 1]:
                right = mid - 1

4. Median of Two Sorted Arrays

https://leetcode.com/problems/median-of-two-sorted-arrays/description/

这道题比较直接的想法就是用Merge Sorted Array这个题的方法把两个有序数组合并,当合并到第(m+n)/2个元素的时候返回那个数即可,而且不用把结果数组存起来。算法时间复杂度是O(m+n),空间复杂度是O(1)

接下来我们考虑有没有优化的算法。优化的思想来源于order statistics. 问题等价于求两个array的第k=(m+n)/2(假设m和n分别是两个数组的元素个数)大的数是多少。基本思路是每次通过查看两个数组的第k/2大的数(假设是A[k/2],B[k/2]),如果两个A[k/2]=B[k/2],说明当前这个数即为两个数组剩余元素的第k大的数,如果A[k/2]>B[k/2], 那么说明B的前k/2个元素都不是我们要的第k大的数,反之则排除A的前k/2个,如此每次可以排除k/2个元素,最终k=1时即为结果。总的时间复杂度为O(logk),空间复杂度也是O(logk),即为递归栈大小。在这个题目中因为k=(m+n)/2,所以复杂度是O(log(m+n))
实现中还是有些细节要注意的,比如有时候剩下的数不足k/2个,那么就得剩下的,而另一个数组则需要多取一些数。但是由于这种情况发生的时候,不是把一个数组全部读完,就是可以切除k/2个数,所以不会影响算法的复杂度。
这道题的优化算法主要是由order statistics派生而来,原型应该是求topK的算法,这个问题是非常经典的问题,一般有两种解法,一种是用quick select(快速排序的subroutine),另一种是用heap。复杂度是差不多的,topK问题在海量数据处理中也是一个非常经典的问题,所以还是要重视。

这道题还有一个O(log(min(m, n)))的解法,思路如下:
Given a sorted array A of length m, we can split it into two parts:
{ A[0], A[1], ... , A[i - 1] } | { A[i], A[i + 1], ... , A[m - 1] }
All elements in right part are greater than elements in left part.
The left part has "i" elements, and right part has "m - i" elements.
There are "m + 1" kinds of splits. (i = 0 ~ m)
When i = 0, the left part has "0" elements, right part has "m" elements.
When i = m, the left part has "m" elements, right part has "0" elements.
For array B, we can split it with the same way:
{ B[0], B[1], ... , B[j - 1] } | { B[j], B[j + 1], ... , B[n - 1] }
The left part has "j" elements, and right part has "n - j" elements.
Put A's left part and B's left part into one set. (Let's name this set "LeftPart")
Put A's right part and B's right part into one set. (Let's name this set "RightPart")
LeftPart                          | RightPart
{ A[0], A[1], ... , A[i - 1] } | { A[i], A[i + 1], ... , A[m - 1] }
{ B[0], B[1], ... , B[j - 1] } | { B[j], B[j + 1], ... , B[n - 1] }
If we can ensure:

  1. LeftPart's length == RightPart's length (or RightPart's length + 1)
  2. All elements in RightPart are greater than elements in LeftPart.
    then we split all elements in {A, B} into two parts with equal length, and one part is
    always greater than the other part. Then the median can be easily found.
    To ensure these two conditions, we just need to ensure:
    (1) i + j == m - i + n - j (or: m - i + n - j + 1)
    if n >= m, we just need to set:
    i = 0 ~ m, j = (m + n + 1) / 2 - i
    (2) B[j - 1] <= A[i] and A[i - 1] <= B[j]
    considering edge values, we need to ensure:
    (j == 0 or i == m or B[j - 1] <= A[i]) and
    (i == 0 or j == n or A[i - 1] <= B[j])
    So, all we need to do is:
    Search i from 0 to m, to find an object "i" to meet condition (1) and (2) above
    And we can do this search by binary search. How?
    If B[j0 - 1] > A[i0], than the object "ix" can't be in [0, i0]. Why?
    Because if ix < i0, than jx = (m + n + 1) / 2 - ix > j0,
    than B[jx - 1] >= B[j0 - 1] > A[i0] >= A[ix].
    This violates the condition (2). So ix can't be less than i0.
    And if A[i0 - 1] > B[j0], than the object "ix" can't be in [i0, m].
    So we can do the binary search following steps described below:
  1. set imin, imax = 0, m, than start searching in [imin, imax]
  2. i = (imin + imax) / 2; j = ((m + n + 1) / 2) - i
  3. if B[j - 1] > A[i]: continue searching in [i + 1, imax]
    elif A[i - 1] > B[j]: continue searching in [imax, i]
    else: bingo! this is our object "i"
    When the object i is found, the median is:
    max(A[i - 1], B[j - 1]) (when m + n is odd)
    or (max(A[i - 1], B[j - 1]) + min(A[i], B[j])) / 2 (when m + n is even)

代码如下:

class Solution:
    def findMedianSortedArrays(self, nums1, nums2):
        """
        :type nums1: List[int]
        :type nums2: List[int]
        :rtype: float
        """
        m, n = len(nums1), len(nums2)
        if m > n:
            return self.findMedianSortedArrays(nums2, nums1)
        iMin = 0
        iMax = m
        while iMin <= iMax:
            i = (iMin + iMax) // 2
            j = (m + n + 1) // 2 - i
            if i > 0 and j < n and nums1[i-1] > nums2[j]:
                iMax = i - 1
            elif i < m and j > 0 and nums2[j-1] > nums1[i]:
                iMin = i + 1
            else:
                if i == 0:
                    num1 = nums2[j-1]
                elif j == 0:
                    num1 = nums1[i-1]
                else:
                    num1 = max(nums1[i-1], nums2[j-1])
                if (m + n) % 2 == 1:
                    return num1
                if i == m:
                    num2 = nums2[j]
                elif j == n:
                    num2 = nums1[i]
                else:
                    num2 = min(nums1[i], nums2[j])
                return (num1 + num2) / 2
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 204,732评论 6 478
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 87,496评论 2 381
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 151,264评论 0 338
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 54,807评论 1 277
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 63,806评论 5 368
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,675评论 1 281
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 38,029评论 3 399
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,683评论 0 258
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 41,704评论 1 299
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,666评论 2 321
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,773评论 1 332
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,413评论 4 321
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,016评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,978评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,204评论 1 260
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 45,083评论 2 350
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,503评论 2 343

推荐阅读更多精彩内容

  • 在C语言中,五种基本数据类型存储空间长度的排列顺序是: A)char B)char=int<=float C)ch...
    夏天再来阅读 3,322评论 0 2
  • "use strict";function _classCallCheck(e,t){if(!(e instanc...
    久些阅读 2,027评论 0 2
  • 知天命的年龄过三十而立的人生 1. 不知不觉在剽悍新江湖已经剽悍两个月了,真快呀!回忆都成了一种愉悦。我为自己赚取...
    雲淡风轻阅读 289评论 5 9
  • 很多父母都习惯性的先给孩子买保险,有很少一部分大人是先给自己买,那今天看了我文章,以后能淡定的消费,不为人知的陷进...
    洋玉米阅读 176评论 0 0
  • 神女赋 《神女赋》为楚辞名家宋玉所作,紧承《高唐赋》而来,由梦遇巫山神女,进入对其“夺人目精”之美的刻画,再写神女...
    爱尔兰牧童阅读 284评论 0 0