leetcode之 median of two sorted arrays

另一種方法即是利用類似merge的操作找到中位數,利用兩個分別指向A和B數組頭的指針去遍歷數組,然後統計元素個數,直到找到中位數,此時算法複雜度爲O(n)。之後還嘗試了根據算法導論中的習題(9.3-8)擴展的方法,但是該方法會存在無窮多的邊界細節問題,而且擴展也不見得正確,這個可從各網頁的評論看出,非常不建議大家走這條路。

最後從medianof two sorted arrays中看到了一種非常好的方法。原文用英文進行解釋,在此我們將其翻譯成漢語。該方法的核心是將原問題轉變成一個尋找第k小數的問題(假設兩個原序列升序排列),這樣中位數實際上是第(m+n)/2小的數。所以只要解決了第k小數的問題,原問題也得以解決。

首先假設數組A和B的元素個數都大於k/2,我們比較A[k/2-1]和B[k/2-1]兩個元素,這兩個元素分別表示A的第k/2小的元素和B的第k/2小的元素。這兩個元素比較共有三種情況:>、<和=。如果A[k/2-1]<B[k/2-1],這表示A[0]到A[k/2-1]的元素都在A和B合併之後的前k小的元素中。換句話說,A[k/2-1]不可能大於兩數組合並之後的第k小值,所以我們可以將其拋棄。

證明也很簡單,可以採用反證法。假設A[k/2-1]大於合併之後的第k小值,我們不妨假定其爲第(k+1)小值。由於A[k/2-1]小於B[k/2-1],所以B[k/2-1]至少是第(k+2)小值。但實際上,在A中至多存在k/2-1個元素小於A[k/2-1],B中也至多存在k/2-1個元素小於A[k/2-1],所以小於A[k/2-1]的元素個數至多有k/2+ k/2-2,小於k,這與A[k/2-1]是第(k+1)的數矛盾。

當A[k/2-1]>B[k/2-1]時存在類似的結論。

當A[k/2-1]=B[k/2-1]時,我們已經找到了第k小的數,也即這個相等的元素,我們將其記爲m。由於在A和B中分別有k/2-1個元素小於m,所以m即是第k小的數。(這裏可能有人會有疑問,如果k爲奇數,則m不是中位數。這裏是進行了理想化考慮,在實際代碼中略有不同,是先求k/2,然後利用k-k/2獲得另一個數。)

通過上面的分析,我們即可以採用遞歸的方式實現尋找第k小的數。此外我們還需要考慮幾個邊界條件:

 

  • 如果A或者B爲空,則直接返回B[k-1]或者A[k-1];
  • 如果k爲1,我們只需要返回A[0]和B[0]中的較小值;
  • 如果A[k/2-1]=B[k/2-1],返回其中一個;

 

最終實現的代碼爲:

  1. double findKth(int a[], int m, int b[], int n, int k)  
  2. {  
  3.     //always assume that m is equal or smaller than n  
  4.     if (m > n)  
  5.         return findKth(b, n, a, m, k);  
  6.     if (m == 0)  
  7.         return b[k - 1];  
  8.     if (k == 1)  
  9.         return min(a[0], b[0]);  
  10.     //divide k into two parts  
  11.     int pa = min(k / 2, m), pb = k - pa;  
  12.     if (a[pa - 1] < b[pb - 1])  
  13.         return findKth(a + pa, m - pa, b, n, k - pa);  
  14.     else if (a[pa - 1] > b[pb - 1])  
  15.         return findKth(a, m, b + pb, n - pb, k - pb);  
  16.     else  
  17.         return a[pa - 1];  
  18. }  
  19.   
  20. class Solution  
  21. {  
  22. public:  
  23.     double findMedianSortedArrays(int A[], int m, int B[], int n)  
  24.     {  
  25.         int total = m + n;  
  26.         if (total & 0x1)  
  27.             return findKth(A, m, B, n, total / 2 + 1);  
  28.         else  
  29.             return (findKth(A, m, B, n, total / 2)  
  30.                     + findKth(A, m, B, n, total / 2 + 1)) / 2;  
  31.     }  
  32. };  

我們可以看出,代碼非常簡潔,而且效率也很高。在最好情況下,每次都有k一半的元素被刪除,所以算法複雜度爲logk,由於求中位數時k爲(m+n)/2,所以算法複雜度爲log(m+n)。

 

轉自:http://blog.csdn.net/yutianzuijin/article/details/11499917/

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