利用「二段性」找分割点,以及如何确定「二分范围」|Java 刷题打卡

简介: 利用「二段性」找分割点,以及如何确定「二分范围」|Java 刷题打卡

题目描述



这是 LeetCode 上的 1011. 在 D 天内送达包裹的能力


Tag : 「二分」


传送带上的包裹必须在 D 天内从一个港口运送到另一个港口。


传送带上的第 i 个包裹的重量为 weights[i]。每一天,我们都会按给出重量的顺序往传送带上装载包裹。我们装载的重量不会超过船的最大运载重量。


返回能在 D 天内将传送带上的所有包裹送达的船的最低运载能力。


示例 1:


输入:weights = [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10], D = 5
输出:15
解释:
船舶最低载重 15 就能够在 5 天内送达所有包裹,如下所示:
第 1 天:1, 2, 3, 4, 5
第 2 天:6, 7
第 3 天:8
第 4 天:9
第 5 天:10
请注意,货物必须按照给定的顺序装运,因此使用载重能力为 14 的船舶并将包装分成 (2, 3, 4, 5), (1, 6, 7), (8), (9), (10) 是不允许的。 
复制代码


示例 2:


输入:weights = [3,2,2,4,1,4], D = 3
输出:6
解释:
船舶最低载重 6 就能够在 3 天内送达所有包裹,如下所示:
第 1 天:3, 2
第 2 天:2, 4
第 3 天:1, 4
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示例 3:


输入:weights = [1,2,3,1,1], D = 4
输出:3
解释:
第 1 天:1
第 2 天:2
第 3 天:3
第 4 天:1, 1
复制代码


提示:


  • 1 <= D <= weights.length <= 5 * 10410^4104
  • 1 <= weights[i] <= 500


二分解法(精确边界)



假定「D 天内运送完所有包裹的最低运力」为 ans,那么在以 ans 为分割点的数轴上具有「二段性」:


  • 数值范围在 (−∞,ans)(-\infty, ans)(,ans) 的运力必然「不满足」 D 天内运送完所有包裹的要求
  • 数值范围在 [ans,+∞)[ans, +\infty)[ans,+) 的运力必然「满足」 D天内运送完所有包裹的要求


即我们可以通过「二分」来找到恰好满足 D天内运送完所有包裹的分割点 ans


接下来我们要确定二分的范围,由于不存在包裹拆分的情况,考虑如下两种边界情况:


  • 理论最低运力:只确保所有包裹能够被运送,自然也包括重量最大的包裹,此时理论最低运力为 maxmax 为数组 weights 中的最大值
  • 理论最高运力:使得所有包裹在最短时间(一天)内运送完成,此时理论最高运力为 sumsum 为数组 weights 的总和


由此,我们可以确定二分的范围为 [max,sum][max, sum][max,sum]


代码:


class Solution {
    public int shipWithinDays(int[] ws, int d) {
        int max = 0, sum = 0;
        for (int w : ws) {
            max = Math.max(max, w);
            sum += w;
        }
        int l = max, r = sum;
        while (l < r) {
            int mid = l + r >> 1;
            if (check(ws, mid, d)) {
                r = mid;
            } else {
                l = mid + 1;
            }
        }
        return r;
    }
    boolean check(int[] ws, int t, int d) {
        int n = ws.length;
        int cnt = 1;
        for (int i = 1, sum = ws[0]; i < n; sum = 0, cnt++) {
            while (i < n && sum + ws[i] <= t) {
                sum += ws[i];
                i++;
            }
        }
        return cnt - 1 <= d;
    }
}
复制代码


  • 时间复杂度:二分范围为 [max,sum][max, sum][max,sum]check 函数的复杂度为 O(n)O(n)O(n)。整体复杂度为 O(nlog⁡(∑i=0n−1ws[i]))O(n\log({\sum_{i= 0}^{n - 1}ws[i]}))O(nlog(i=0n1ws[i]))
  • 空间复杂度:O(1)O(1)O(1)


二分解法(粗略边界)



当然,一个合格的「二分范围」只需要确保包含分割点 ans 即可。因此我们可以利用数据范围来确立粗略的二分范围(从而少写一些代码):


  • 利用运力必然是正整数,从而确定左边界为 111
  • 根据 1⩽D⩽weights.length⩽500001 \leqslant D \leqslant weights.length \leqslant 500001Dweights.length500001⩽weights[i]⩽5001 \leqslant weights[i] \leqslant 5001weights[i]500,从而确定右边界为 1e81e81e8


PS. 由于二分查找具有折半效率,因此「确立粗略二分范围」不会比「通过循环取得精确二分范围」效率低。


代码:


class Solution {
    public int shipWithinDays(int[] ws, int d) {
        int l = 1, r = (int)1e8;
        while (l < r) {
            int mid = l + r >> 1;
            if (check(ws, mid, d)) {
                r = mid;
            } else {
                l = mid + 1;
            }
        }
        return r;
    }
    boolean check(int[] ws, int t, int d) {
        if (ws[0] > t) return false;
        int n = ws.length;
        int cnt = 1;
        for (int i = 1, sum = ws[0]; i < n; sum = 0, cnt++) {
            if (ws[i] > t) return false;
            while (i < n && sum + ws[i] <= t) {
                sum += ws[i];
                i++;
            }
        }
        return cnt - 1 <= d;
    }
}
复制代码


  • 时间复杂度:二分范围为 [1,1e8][1, 1e8][1,1e8]check 函数的复杂度为 O(n)O(n)O(n)。整体复杂度为 O(nlog⁡1e8)O(n\log{1e8})O(nlog1e8)
  • 空间复杂度:O(1)O(1)O(1)


其他「二分」相关题解




最后



这是我们「刷穿 LeetCode」系列文章的第 No.1011 篇,系列开始于 2021/01/01,截止于起始日 LeetCode 上共有 1916 道题目,部分是有锁题,我们将先将所有不带锁的题目刷完。


在这个系列文章里面,除了讲解解题思路以外,还会尽可能给出最为简洁的代码。如果涉及通解还会相应的代码模板。


为了方便各位同学能够电脑上进行调试和提交代码,我建立了相关的仓库:github.com/SharingSour…


在仓库地址里,你可以看到系列文章的题解链接、系列文章的相应代码、LeetCode 原题链接和其他优选题解。

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