• 剑指Offer——数组中出现次数超过一半的数字——一题多解


    看题目:

    数组中有一个数字出现的次数超过数组长度的一半,请找出这个数字。例如输入一个长度为9的数组{1,2,3,2,2,2,5,4,2}。由于数字2在数组中出现了5次,超过数组长度的一半,因此输出2。如果不存在则输出0。

    我的直接思路:

    用map计数,简单直接,遍历一次数组,用hashmap记录,key为int值,value为出现次数;

    第二次再用map.entrySet找出有没value大于数组长度一般的entry,有的话返回它的key。

    时间复杂度也是2n而已,这个方法时间复杂度是O(n)空间复杂度也是O(n)

    代码实现:

    /*方法1
          蛮力,遍历一次,用一个map来记录
          第二次遍历把出现次数大于length/2的那个值找出来
          */
        
        public int MoreThanHalfNum_Solution(int [] array) {
            int targetCount = array.length / 2;
            
            //key为数组中的值,value为出现的次数
            HashMap<Integer,Integer> map = new HashMap<Integer,Integer>();
            for(int temp : array) {
                if(map.get(temp) == null)map.put(temp, 1);
                else map.put(temp, map.get(temp) + 1);
            }
            Set<Entry<Integer,Integer>> entrySet = map.entrySet();
            for(Entry<Integer,Integer> entry : entrySet) {
                if(entry.getValue() > targetCount)return entry.getKey();
            }
            return 0;
        }
        

    方法2:中位数

    如果数组是排好序的,就好解决了:
      如果排好序,然后又存在这样的数字的话,那么它的值肯定和数组中间那个值是一样的!!(比如:1,2,2,2,3;或2,2,2,3,4;或2,3,4,4,4等等)
     
    所以我们只需要排序后,一次遍历,访问每个元素都和中间值比较,只要相等计数器就加一,遍历完后如果计数器大于数组长度一半就返回那个中间元素就好。
     
    排序最快是O(Nlogn),然后加上遍历是O(n),空间复杂度是O(1)
     
    代码里直接用的是Arrays的sort方法,它的实现没记错是O(Nlogn)的快排。
    看代码:
    /*方法2
          排序后中位数法
          如果有个数字出现的次数大于数组长度的一半,那么这个数组排序后,它的中位数一定是这个数字
        */
        
        public int MoreThanHalfNum_Solution(int [] array) {
            Arrays.sort(array);
            int count = 0, middleNum = array[array.length / 2];
            for(int temp : array) {
                if(temp == middleNum)count++;
            }
            if(count > array.length / 2)return middleNum;
            else return 0;
        }
        

    方法3:——快排思路

    方法2中,我们排序是为了找出中位数,那么如果可以更快地找出中位数就不用排序了。

    借鉴快速排序算法,其中的Partition()方法是一个最重要的方法,该方法返回一个index,能够保证index位置的数是已排序完成的,在index左边的数都比index所在的数小,在index右边的数都比index所在的数大。那么本题就可以利用这样的思路来解。

    通过Partition()返回index,如果index==mid,那么就表明找到了数组的中位数如果index<mid,表明中位数在[index+1,end]之间;如果index>mid,表明中位数在[start,index-1]之间。直到最后求得index==mid循环结束。
     
    说白了就是找中位数这一步,我们不选择直接排序数组,而是用快排的Partition方法
     
    该算法的时间复杂度为O(n),空间复杂度为O(1)
     
    看代码:
    /*方法3
        利用快排的思想
        */
        
        public int MoreThanHalfNum_Solution(int [] array) {
            if(array.length <= 0)return 0;
            
            int begin = 0, end = array.length - 1, middle = array.length / 2;
            int partition = partition(array, begin, end);
            
            while(partition != middle) {
                if(partition > middle) {//中位数在partition的左边
                    partition = partition(array, begin, partition - 1);
                } else {//中位数在partition右边
                    partition = partition(array, partition + 1, end);
                }
            }
            
            //找出中位数了,看这个中位数出现的次数是否符合要求
            int count = 0, middleKey = array[middle];
            for(int temp : array) {
                if(temp == middleKey)count++;
            }
            
            if(count > array.length / 2)return array[middle];
            else return 0;
        }
        
        //这个方法是以第一个元素为基准,然后进行划分,划分后比基准元素小的数字都在它左边,比它大的数字都在它右边
        返回划分后,这个元素的新index//
        private int partition(int[] a, int begin, int end) {
            int key = a[begin];
            
            int i = begin, j = end;
            while(i < j) {
                while(i < j && a[j] >= key)j--;
                while(i < j && a[i] <= key)i++;
                swap(a, i, j);
            }
            swap(a, begin, i);
            return i;
        }
        
        //交换数字函数,传入数组还有要交换的两个数字的index//
        private void swap(int[] a, int first, int second) {
            int temp = a[first];
            a[first] = a[second];
            a[second] = temp;
        }
        
    方法4——阵地攻守思想

    第一个数字作为第一个士兵,守阵地;count = 1;
    遇到相同元素,count++;
    遇到不相同元素,即为敌人,同归于尽,count--;当遇到count为0的情况,又以新的i值作为守阵地的士兵,继续下去,同时count更新为1.
    到最后还留在阵地上的士兵,有可能是主元素。

    再加一次循环,记录这个士兵的个数看是否大于数组一般即可。
     
    这个方法也是主要因为考虑到:题目中要找的数字出现的次数超过数组长度的一半,也就是说它出现的次数比其他所有数字出现的次数的和还要多。,那么肯定最后留下来的是那个出现超过一半的。
     
    该方法时间复杂度O(N),空间复杂度O(1)
     
     
    实现的时候就维护两个变量:一个是数组中的一个数字,一个是次数。

    当我们遍历到下一个数字的时候,

    如果下一个数字和当前我们保存的数字相同,则次数加 1;

    如果和当前我们保存的数字不同,则次数减 1;

    当次数减到 0 的时候,我们将保存的数字改为当前遍历所处的位置,并将次数更改为 1。

    看代码:

    /*方法4
            阵地攻守思想,其实和牛客上面那个什么“用户分形叶”的思路一样的,不同实现而已
        */
        public int MoreThanHalfNum_Solution(int [] array) {
            //int count = 1;
            int count = 0;//这里我们设初始的count为0好了,因为利用java的foreach语法是要从第一个key开始遍历的,那么就是碰到第一个开始,设为1
            int key = array[0];
            for(int temp : array) {
                if(temp == key)count++;
                else if(count > 0)count--;
                else {//count==0的情况,这个时候把key换成现在这个元素,并把count设为1,意思是这是第一次碰到这个元素
                    key = temp;
                    count = 1;
                }
            }
            
            //判断这个得到的key是不是符合要求
            int count2 = 0;
            for(int temp : array) {
                if(temp == key)count2++;
            }
            if(count2 > array.length / 2)return key;
            else return 0;
        }
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