LeetCode之Median Of Two Sorted Arrays

題目描述如下:There are two sorted arrays nums1 and nums2 of size m and n respectively. Find the median of the two sorted arrays. The overall run time complexity should be O(log (m+n)).

目前爲止在leetcode碰到的最難的一道題了吧。。O(log(m+n))的時間複雜度限制硬是沒做出來,網上看了別人的解法,思路很巧妙,很奇妙~

思路如下,摘自http://blog.csdn.net/yutianzuijin/article/details/11499917/

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;
這樣便能在給定的時間複雜度內實現該問題,java代碼如下:
public class Solution {
    public double findMedianSortedArrays(int[] nums1, int[] nums2) {
        int total = nums1.length + nums2.length;
        if(total % 2 == 1)
            return findKth(nums1, 0, nums2, 0, total / 2 + 1);
        else
            return (findKth(nums1, 0, nums2, 0, total / 2) + findKth(nums1, 0, nums2, 0, total / 2 + 1)) / 2;
    }
    
    public double findKth(int[] a, int i, int[] b, int j, int k){
        if(a.length > b.length)
            return findKth(b, j, a, i, k);
        if(a.length == 0)
            return b[k - 1];
        if(k == 1)
            return Math.min(a[0], b[0]);
        int pa = Math.min(a.length, k / 2), pb = k - pa;
        if(a[pa - 1] < b[pb - 1])
            return findKth(Arrays.copyOfRange(a, pa, a.length), i + pa, b, j, k - pa);
        if(b[pb - 1] < a[pa - 1])
            return findKth(Arrays.copyOfRange(b, pb, b.length), j + pb, a, i, k - pb);
        else
            return a[pa - 1];
    }
}

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