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二分法的正确算法

生活 更新时间:2024-10-01 19:01:33

今天我們來講一個比較簡單的題目,這是一個好玩的題目,希望大家可以思考一下。

原題:

有一個隊列,這個隊列有n個元素,并且這個隊列單調上升,現在我們進行這麼一個操作,把前面若幹個元素剪切下來,粘到隊列後面。例如(1,2,3,4,5,6,7 我們把前3個進行這個操作,變成4,5,6,7,1,2,3;如果是4個,變成5,6,7,1,2,3,4;如果是0個,原隊列不變)。現在給一個操作後的隊列,求隊列中最小的元素是多少?(用越快的算法越好)

思考:

這個題目,99%的人可以用O(n)的算法來解決。但是,這是最優的麼?

我們來想一想有沒有更優的解法,既然比O(n)更優,那麼有可能是O(logn)。我們朝這個方向思考,我們想起來我們以前學過二分查找。我們來回想一下二分查找的特性。

二分查找又稱折半查找,優點是比較次數少,查找速度快,平均性能好。但使用二分查找必須滿足下面條件,

  1. 必須采用順序存儲結構

2.必須按關鍵字大小有序排列。

這個題好像并不滿足是一個有序的隊列,但是至少有可能是兩個有序的隊列。

如果我們随機截取這個中間某一段,那麼有兩種情況。

二分法的正确算法(一天一算法題二分法的妙用)1

橙色部分是一個兩段上升序列,而黃色的部分是一段連續上升的序列。

我們再來進一步思考,如果是黃色的情況,最小的一定是出現在最左邊的。如果是橙色的情況,那麼最小的出現在中間的斷層。

再繼續思考,假設這段線段的索引是[l,r],那麼當我們取中間的mid,當我們發現a[l] < mid 的時候,是有可能是下面的情況。

二分法的正确算法(一天一算法題二分法的妙用)2

或者

二分法的正确算法(一天一算法題二分法的妙用)3

我們用findMin(l, r)來表示這兩種情況。當a[i] < a[mid]的時候,[l,mid]一定是上面黃色的框,[mid 1, r] 可能是黃色的,也可能是橙色的。

findMin(l,r) = min(a[l], find(mid 1, r));

我們來想另外一種情況, a[i] > a[mid],那麼情況如下:

二分法的正确算法(一天一算法題二分法的妙用)4

區間[mid,r]一定是上面黃色的框框,而[l, mid-1]則是橙色的框框,最小的可能是a[mid], 或者findMin(l, mid-1)。表達式為

findMin(l,r) = min(a[mid], find(l, mid - 1));

總結:

我們發現這個題目也是可以用二分法來解決的.這是最優的做法,好友說一年面試幾十個人,每次都問這個,隻有兩三個可以短時間内想到結果。

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