• [LeetCode] 373. Find K Pairs with Smallest Sums 找和最小的K对数字


    You are given two integer arrays nums1 and nums2 sorted in ascending order and an integer k.

    Define a pair (u,v) which consists of one element from the first array and one element from the second array.

    Find the k pairs (u1,v1),(u2,v2) ...(uk,vk) with the smallest sums.

    Example 1:

    Given nums1 = [1,7,11], nums2 = [2,4,6],  k = 3
    
    Return: [1,2],[1,4],[1,6]
    
    The first 3 pairs are returned from the sequence:
    [1,2],[1,4],[1,6],[7,2],[7,4],[11,2],[7,6],[11,4],[11,6] 

    Example 2:

    Given nums1 = [1,1,2], nums2 = [1,2,3],  k = 2
    
    Return: [1,1],[1,1]
    
    The first 2 pairs are returned from the sequence:
    [1,1],[1,1],[1,2],[2,1],[1,2],[2,2],[1,3],[1,3],[2,3]

    Example 3:

    Given nums1 = [1,2], nums2 = [3],  k = 3 
    
    Return: [1,3],[2,3]
    
    All possible pairs are returned from the sequence:
    [1,3],[2,3] 

    Credits:
    Special thanks to @elmirap and @StefanPochmann for adding this problem and creating all test cases.

    给定2个以升序排列的整数数组和1个整数k,从2个数组中各拿出一个数字组成一对,找出k对和最小的数字组合。

    解法1:最简单的想法就是暴力brute force解法,但效率肯定不高。

    解法2: 最小堆。把所有的点对加入到最小堆,然后输出前k个。但没有利用到“两个数组都有序”这个条件,就算数组无序,也可以利用这个方法。要利用有序这个条件,可以借助mergesort的思路,pair的第一个元素至多包含了nums1数组的前k个元素,k以后的可以不用考虑。所以,这形成了k个list,每一个list都包含了nums2的元素。每一次取所有list中的最小值,然后该list下一个元素入队。

    Java:

     public List<int[]> kSmallestPairs(int[] nums1, int[] nums2, int k) {
        	List<int[]> r = new ArrayList<>();
        	if(nums1.length == 0 || nums2.length == 0) return r;
        	int size = Math.min(nums1.length, k);
        	int[] index = new int[size];
        	PriorityQueue<int[]> queue = new PriorityQueue<>(new Comparator<int[]>(){
    			@Override
    			public int compare(int[] o1, int[] o2) {
    				Integer s1 = o1[0] + o1[1];
    				Integer s2 = o2[0] + o2[1];
    				return s1.compareTo(s2);
    			}
        	});
        	for(int i = 0; i < size; i++){
        		queue.add(new int[]{nums1[i], nums2[0], i});
        	}
        	int count = 0;
        	while(!queue.isEmpty()){
        		int[] pair = queue.poll();
        		r.add(new int[]{pair[0], pair[1]});
        		int id = pair[2];
        		if(++index[id] < nums2.length)
        			queue.add(new int[]{nums1[id], nums2[index[id]], id});
        		count++;
        		if(count == k)
        			break;
        	}
        	return r;
        }  

    Python:

    from heapq import heappush, heappop
    
    class Solution(object):
        def kSmallestPairs(self, nums1, nums2, k):
            """
            :type nums1: List[int]
            :type nums2: List[int]
            :type k: int
            :rtype: List[List[int]]
            """
            pairs = []
            if len(nums1) > len(nums2):
                tmp = self.kSmallestPairs(nums2, nums1, k)
                for pair in tmp:
                    pairs.append([pair[1], pair[0]])
                return pairs
    
            min_heap = []
            def push(i, j):
                if i < len(nums1) and j < len(nums2):
                    heappush(min_heap, [nums1[i] + nums2[j], i, j])
    
            push(0, 0)
            while min_heap and len(pairs) < k:
                _, i, j = heappop(min_heap)
                pairs.append([nums1[i], nums2[j]])
                push(i, j + 1)
                if j == 0:
                    push(i + 1, 0)  # at most queue min(n, m) space
            return pairs
    

    C++:

    // Time:  O(k * log(min(n, m, k))), where n is the size of num1, and m is the size of num2.
    // Space: O(min(n, m, k))
    
    class Solution {
    public:
        vector<pair<int, int>> kSmallestPairs(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2, int k) {
            vector<pair<int, int>> pairs;
            if (nums1.size() > nums2.size()) {
                vector<pair<int, int>> tmp = kSmallestPairs(nums2, nums1, k);
                for (const auto& pair : tmp) {
                    pairs.emplace_back(pair.second, pair.first);
                }
                return pairs;
            }
    
            using P = pair<int, pair<int, int>>;
            priority_queue<P, vector<P>, greater<P>> q;
            auto push = [&nums1, &nums2, &q](int i, int j) {
                if (i < nums1.size() && j < nums2.size()) {
                    q.emplace(nums1[i] + nums2[j], make_pair(i, j));
                }
            };
    
            push(0, 0);
            while (!q.empty() && pairs.size() < k) {
                auto tmp = q.top(); q.pop();
                int i, j;
                tie(i, j) = tmp.second;
                pairs.emplace_back(nums1[i], nums2[j]);
                push(i, j + 1);
                if (j == 0) {
                    push(i + 1, 0);  // at most queue min(m, n) space.
                }
            }
            return pairs; 
        }
    };
    

      

      

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