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题目描述如下: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)).
目前为止在leetcode碰到的最难的一道题了吧。。O(log(m+n))的时间复杂度限制硬是没做出来,网上看了别人的解法,思路很巧妙,很奇妙~
思路如下,摘自:
该方法的核心是将原问题转变成一个寻找第k小数的问题(假设两个原序列升序排列),这样中位数实际上是第(m+n)/2小的数。所以只要解决了第k小数的问题,原问题也得以解决。
首先假设数组A和B的元素个数都大于k/2,我们比较A[k/2-1]和B[k/2-1]两个元素,这两个元素分别表示A的第k/2小的元素和B的第k/2小的元素。这两个元素比较共有三种情况:>、<和=。如果A[k/2-1]<B[k/2-1],这表示A[0]到A[k/2-1]的元素都在A和B合并之后的前k小的元素中。换句话说,A[k/2-1]不可能大于两数组合并之后的第k小值,所以我们可以将其抛弃。
证明也很简单,可以采用反证法。假设A[k/2-1]大于合并之后的第k小值,我们不妨假定其为第(k+1)小值。由于A[k/2-1]小于B[k/2-1],所以B[k/2-1]至少是第(k+2)小值。但实际上,在A中至多存在k/2-1个元素小于A[k/2-1],B中也至多存在k/2-1个元素小于A[k/2-1],所以小于A[k/2-1]的元素个数至多有k/2+ k/2-2,小于k,这与A[k/2-1]是第(k+1)的数矛盾。
当A[k/2-1]>B[k/2-1]时存在类似的结论。
当A[k/2-1]=B[k/2-1]时,我们已经找到了第k小的数,也即这个相等的元素,我们将其记为m。由于在A和B中分别有k/2-1个元素小于m,所以m即是第k小的数。(这里可能有人会有疑问,如果k为奇数,则m不是中位数。这里是进行了理想化考虑,在实际代码中略有不同,是先求k/2,然后利用k-k/2获得另一个数。)
通过上面的分析,我们即可以采用递归的方式实现寻找第k小的数。此外我们还需要考虑几个边界条件:
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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