二分查找相关题目刷题心得

二分查找

请实现无重复数字的升序数组的二分查找

给定一个 元素升序的、无重复数字的整型数组 nums 和一个目标值 target ,写一个函数搜索 nums 中的 target,如果目标值存在返回下标(下标从 0 开始),否则返回 -1

数据范围:0 \le len(nums) \le 2\times10^50len(nums)2×105 , 数组中任意值满足 |val| \le 10^9val109
进阶:时间复杂度 O(\log n)O(logn) ,空间复杂度 O(1)O(1)
代码实现:
public int search(int[] nums, int target) {
        int l = 0;
        int r = nums.length - 1;
        while (l <= r) {
            int a = (l + r) / 2;
            if (nums[a] == target) {
                return a;
            }
            if (nums[a] > target) {
                r = a - 1;
            }
            if (nums[a] < target) {
                l = a + 1;
            }
        }
        return -1;

二维数组  的查找

描述

在一个二维数组array中(每个一维数组的长度相同),每一行都按照从左到右递增的顺序排序,每一列都按照从上到下递增的顺序排序。请完成一个函数,输入这样的一个二维数组和一个整数,判断数组中是否含有该整数。
[
[1,2,8,9],
[2,4,9,12],
[4,7,10,13],
[6,8,11,15]
]
给定 target = 7,返回 true。
给定 target = 3,返回 false。


数据范围:矩阵的长宽满足 0 \le n,m \le 5000n,m500 , 矩阵中的值满足 0 \le val \le 10^90val109
进阶:空间复杂度 O(1)O(1) ,时间复杂度 O(n+m)O(n+m)


题解: 利用二分搜索
解题思路: 利用数组每行每列都是递增特性。
主要思路: 逐行使用二分搜索,查找是否含有target
如样例:分别每行使用一次二分搜索(M次二分查找)

代码如下:
public boolean Find(int target, int [][] array) {
        //优先判断特殊
        if(array.length == 0)  
            return false;
        int n = array.length;
        if(array[0].length == 0)  
            return false;
        int m = array[0].length;
        //从最左下角的元素开始往左或往上
        for(int i = n - 1, j = 0; i >= 0 && j < m; ){ 
            //元素较大,往上走
            if(array[i][j] > target)   
                i--;
            //元素较小,往右走
            else if(array[i][j] < target) 
                j++;
            else
                return true;
        }
        return false;
    }

寻找峰值

描述

给定一个长度为n的数组nums,请你找到峰值并返回其索引。数组可能包含多个峰值,在这种情况下,返回任何一个所在位置即可。
1.峰值元素是指其值严格大于左右相邻值的元素。严格大于即不能有等于
2.假设 nums[-1] = nums[n] = -\infty
3.对于所有有效的 i 都有 nums[i] != nums[i + 1]
4.你可以使用O(logN)的时间复杂度实现此问题吗?

数据范围:
1 \le nums.length \le 2\times 10^5 \1nums.length2×105 
-2^{31}<= nums[i] <= 2^{31} - 1231<=nums[i]<=2311

如输入[2,4,1,2,7,8,4]时,会形成两个山峰,一个是索引为1,峰值为4的山峰,另一个是索引为5,峰值为8的山峰
方法:二分查找(推荐使用)

知识点:分治

分治即“分而治之”,“分”指的是将一个大而复杂的问题划分成多个性质相同但是规模更小的子问题,子问题继续按照这样划分,直到问题可以被轻易解决;“治”指的是将子问题单独进行处理。经过分治后的子问题,需要将解进行合并才能得到原问题的解,因此整个分治过程经常用递归来实现。

思路:

因为题目将数组边界看成最小值,而我们只需要找到其中一个波峰,因此只要不断地往高处走,一定会有波峰。那我们可以每次找一个标杆元素,将数组分成两个区间,每次就较高的一边走,因此也可以用分治来解决,而标杆元素可以选择区间中点

代码实现:
public int findPeakElement (int[] nums) {
         // write code here
                int left = 0;
                int right = nums.length - 1;
                //二分法
                while(left < right){
                    int mid = (left + right) / 2;
                    //右边是往下,不一定有坡峰
                    if(nums[mid] > nums[mid + 1])
                        right = mid;
                        //右边是往上,一定能找到波峰
                    else
                        left = mid + 1;
                }
                //其中一个波峰
                return right;

数组中的逆序对   

描述

在数组中的两个数字,如果前面一个数字大于后面的数字,则这两个数字组成一个逆序对。输入一个数组,求出这个数组中的逆序对的总数P。并将P对1000000007取模的结果输出。 即输出P mod 1000000007

数据范围:  对于 50\%50% 的数据, size\leq 10^4size104
对于 100\%100% 的数据, size\leq 10^5size105
数组中所有数字的值满足 0 \le val \le 10000000val1000000

要求:空间复杂度 O(n)O(n),时间复杂度 O(nlogn)O(nlogn)

方法二:归并统计法

先分:分呢,就是将数组分为两个子数组,两个子数组分为四个子数组,依次向下分,直到数组不能再分为止!

后并:并呢,就是从最小的数组按照顺序合并,从小到大或从大到小,依次向上合并,最后得到合并完的顺序数组!

举个例子:

在合并 {4 ,5} {1 , 2} 的时候,首先我们判断 1 < 4,我们即可统计出逆序对为2,为什么呢?这利用了数组的部分有序性。因为我们知道 {4 ,5} 这个数组必然是有序的,因为是合并上来的。此时当 1比4小的时候,证明4以后的数也都比1大,此时就构成了从4开始到 {4,5}这个数组结束,这么多个逆序对(2个),此时利用一个临时数组,将1存放起来,接着比较2和4的大小,同样可以得到有2个逆序对,于是将2也放进临时数组中,此时右边数组已经完全没有元素了,则将左边剩余的元素全部放进临时元素中,最后将临时数组中的元素放进原数组对应的位置。

最后接着向上合并~

可以看到下面这张图~

image-20210623223031128

代码实现:
public class Solution {
    int count = 0;
    public int InversePairs(int [] array) {
        // 长度小于2则无逆序对
        if(array.length < 2)
            return 0;
        // 进入归并
        mergeSort(array,0,array.length-1);
        return count;
    }

    public void mergeSort(int[] array,int left,int right){
        // 找分割点
        int mid = left+(right-left)/2;
        if(left < right){
            // 左子数组
            mergeSort(array,left,mid);
            // 右子数组
            mergeSort(array,mid+1,right);
            // 并
            merge(array,left,mid,right);
        }
    }

    public void merge(int[] array,int left,int mid,int right){
        // 创建临时数组,长度为此时两个子数组加起来的长度
        int[] arr =  new int[right-left+1];
        // 临时数组的下标起点
        int c = 0;
        // 保存在原数组的起点下标值
        int s = left;
        // 左子数组的起始指针
        int l = left;
        // 右子数组的起始指针
        int r = mid+1;
        while(l <= mid && r <= right ){
            // 当左子数组的当前元素小的时候,跳过,无逆序对
            if(array[l] <= array[r]){
                // 放入临时数组
                arr[c] = array[l];
                // 临时数组下标+1
                c++;
                // 左子数组指针右移
                l++;
            }else{ // 否则,此时存在逆序对
                // 放入临时数组
                arr[c] = array[r];
                // 逆序对的个数为    左子数组的终点- 当前左子数组的当前指针
                count += mid+1-l;
                count %= 1000000007;
                // 临时数组+1
                c++;
                // 右子数组的指针右移
                r++;
            }
        }

        // 左子数组还有元素时,全部放入临时数组
        while(l <= mid)
            arr[c++] = array[l++];
        // 右子数组还有元素时,全部放入临时数组
        while(r <= right)
            arr[c++] = array[r++];
        // 将临时数组中的元素放入到原数组的指定位置
        for(int num:arr){
            array[s++] = num;
        }
    }
}

旋转数组的最小数字

描述

有一个长度为 n 的非降序数组,比如[1,2,3,4,5],将它进行旋转,即把一个数组最开始的若干个元素搬到数组的末尾,变成一个旋转数组,比如变成了[3,4,5,1,2],或者[4,5,1,2,3]这样的。请问,给定这样一个旋转数组,求数组中的最小值。

数据范围:1 \le n \le 100001n10000,数组中任意元素的值: 0 \le val \le 100000val10000
要求:空间复杂度:O(1)O(1) ,时间复杂度:O(logn)O(logn)

算法思想二:二分法
解题思路:
排序数组的查找问题首先考虑使用 二分法 解决,其可将 遍历法 的 线性级别 时间复杂度降低至 对数级别

代码实现:

import java.util.ArrayList;
public class Solution {
    public int minNumberInRotateArray(int [] array) {
        // 特殊情况判断
        if (array.length== 0) {
            return 0;
        }
        // 左右指针i j
        int i = 0, j = array.length - 1;
        // 循环
        while (i < j) {
            // 找到数组的中点 m
            int m = (i + j) / 2;
            // m在左排序数组中,旋转点在 [m+1, j] 中
            if (array[m] > array[j]) i = m + 1;
            // m 在右排序数组中,旋转点在 [i, m]中
            else if (array[m] < array[j]) j = m;
            // 缩小范围继续判断
            else j--;
        }
        // 返回旋转点
        return array[i];
    }
}

比较版本号

描述
牛客项目发布项目版本时会有版本号,比如1.02.11,2.14.4等等
现在给你2个版本号version1和version2,请你比较他们的大小
版本号是由修订号组成,修订号与修订号之间由一个"."连接。1个修订号可能有多位数字组成,修订号可能包含前导0,且是合法的。例如,1.02.11,0.1,0.2都是合法的版本号
每个版本号至少包含1个修订号。

修订号从左到右编号,下标从0开始,最左边的修订号下标为0,下一个修订号下标为1,以此类推。

思路:

既然是比较两个字符串每个点之间的数字是否相同,就直接同时遍历字符串比较,因此我们需要使用两个同向访问的指针各自访问一个字符串。

比较的时候,数字前导零不便于我们比较,因为我们不知道后面会出现多少前导零,因此应该将点之间的部分转化为数字再比较才方便。
代码实现:
public int compare (String version1, String version2) {
        // write code here
       int n1 = version1.length();
        int n2 = version2.length();
        int i = 0, j = 0;
        while(i < n1 || j < n2){
            long num1 = 0;
            while(i < n1 && version1.charAt(i) != '.'){
                num1 = num1 * 10 + (version1.charAt(i) - '0');
                i++;
            }
            i++;
            long num2 = 0;
            while (j < n2 && version2.charAt(j) != '.') {
                num2 = num2 * 10 + (version2.charAt(j) - '0');
                j++;
            }
            j++;
            if (num1 > num2) {
                return 1;
            }
            if (num1 < num2) {
                return -1;
            }
        }
        return 0;

#二分查找#
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一直很难理解二分法查找
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发布于 2022-08-24 09:49 陕西

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05-30 18:54
武汉商学院 Java
湫湫湫不会java:先投着吧,大概率找不到实习,没实习的时候再加个项目,然后把个人评价和荣誉奖项删了,赶紧成为八股战神吧,没实习没学历,秋招机会估计不多,把握机会。或者说秋招时间去冲实习,春招冲offer,但是压力会比较大
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