兩個有序序列的中位數(二分搜尋)
問題:
已知有兩個等長的非降序序列S1, S2, 設計函式求S1與S2並集的中位數。有序序列A0,A1,⋯,AN−1的中位數指A(N−1)/2的值,即第⌊(N+1)/2⌋個數(A0為第1個數)。
演算法描述:
① 輸入兩個長度自定且等長的陣列,然後對他們進行賦值。演算法的思路是分別取他們的中位數進行比較,假設兩個陣列如下:
1 |
3 |
5 |
7 |
9 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
上面陣列的中位數是比下面陣列的中位數大的,接下來的操作就是取大中位數的左邊(包括中位數),取小中位數的右邊(包括中位數)。
1 |
3 |
5 |
4 |
5 |
6 |
再次重複以上操作,最後有
3 |
5 |
4 |
5 |
接下來已經不能再分別取他們的中位數縮小範圍了,所以對兩個陣列進行比較。取陣列的首位進行比較,如上即是3和4進行比較,若是哪邊比較小就取它的下一位進行比較。過程就是3和4比(3比4小,所以下標加1)→5和4比(4比5小,所以得到中位數為4)→中位數為4。
這是當陣列為奇數長度的情況,若是陣列長度為1,或者是陣列長度為偶數,要再次進行討論。
② 當陣列長度為1時,比較兩個數,誰比較小誰就是中位數。
③ 當陣列長度為偶數時,
-100 |
-10 |
1 |
1 |
1 |
1 |
-50 |
0 |
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3 |
4 |
5 |
在第一步,取陣列的中位數時候,若是按照奇數的方法,我們會發現,最後取出來的兩個陣列不是等長的,這樣的話就會對我們的實際結果造成影響。如上,我們可以一個數組取第三個數,一個數組取第四個數這樣進行比較,這樣接下來得到的陣列都是等長的。接下來步驟和奇數陣列一樣。
④ 在這裡,偶數陣列這樣的取法原因是,我們每次取新陣列出來,只要兩個陣列的長度和加起來是原來陣列的一半或者大於一半,我們就可以保證中位數一直在我們取出來的新數組裡面,不會出現中位數丟失的情況。
演算法時間及空間複雜度分析:
時間複雜度:每一次呼叫的過程為判斷餘下陣列長度是否大於2,接下來判斷陣列個數是奇數個還是偶數個,最後判斷兩個陣列的中位數誰大誰小。所以t(n) = O(1)+O(1)+O(1)。總共執行次數為logn次。在主函式中,執行的語句為建立兩個陣列還有陣列左右下標等變數,和為陣列賦值。所以總的時間複雜度為T(n) = logn*t(n)+O(n)+O(1) = O(logn)。
空間複雜度:演算法中輔助空間並不隨著陣列長度n而線性增大,所以空間複雜度為O(1)。