寻找两个正序数组的中位数

简介: 寻找两个正序数组的中位数

背景

给定两个大小分别为 m 和 n 的正序(从小到大)数组 nums1 和 nums2。请你找出并返回这两个正序数组的 中位数 。

算法的时间复杂度应该为 O(log (m+n)) 。

示例 1:

输入:nums1 = [1,3], nums2 = [2] 输出:2.00000 解释:合并数组 = [1,2,3] ,中位数 2 示例 2:

输入:nums1 = [1,2], nums2 = [3,4] 输出:2.50000 解释:合并数组 = [1,2,3,4] ,中位数 (2 + 3) / 2 = 2.5

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感兴趣的小伙伴可以查看原题: leetcode.cn/problems/me…

分析

根据题意,我们的目标是找到两个正序数组的中位数,比如[1,2,3]中位数是2,[1,2,3,4]中位数是(2+3)/2=2.5;

首先,我们的第一步就是合并两个正序数组;

再排序好的数组中,我们找到中间位置的数字;如果合并后的数组长度是偶数,那么需要找到中间位置的两个数字再计算出中位数;如果合并后的数组长度是奇数,那么直接找到中间位置的数字即可;

java实现

第一步:先计算两个正序数组的长度,计算长度有两个作用:

  • 判断是否有数组为空,如果有数组为空,那么我们就不需要合并数组了,直接找出中位数;
  • 如果没有数组为空,那么我们需要先创建一个合并数组来接收合并的结果,创建合并数组是需要用到总长度的。

第二步:计算中间位置。我们在创建合并数组时,可以只创建一个只有mid+1长度的数组,不需要把两个数组完全排序好,因为我们的目标是计算中位数。

第三步:合并数组;

  • 需要准备好两个指针idx1,idx2分别指向数组1和数组2的起始位置;
  • 逐步比较idx1位置和idx2位置的数值大小;如果idx1位置数值小,那么就把该数值放进合并数组中,同时idx1自增,idx2不动,合并数组的索引也自增;否则就反过来,idx2对应位置数值放进合并数组中,idx2自增,idx1不动,合并数组索引自增;
  • 直至合并数组索引位到达mid位置停止;

第四步:计算中位数;如果两个数组总长度是偶数,那么需要拿出合并数组mid索引位和mid-1索引位的数值计算中位数;如果是奇数,那么直接拿出mid索引位的数值;

public double findMedianSortedArrays(int[] nums1, int[] nums2) {
        // 计算nums1的数组长度
        int len1 = nums1==null?0:nums1.length;
        // 计算nums2的数组长度
        int len2 = nums2==null?0:nums2.length;
        // 计算总长度
        int total = len1+len2;
        // 计算中间位置
        int mid = total/2;
        // 如果两个数组都是空
        if(len1==0&&len2==0){
            return 0.0;
        }
        // 如果数组1为空
        if(len1==0){
            // 如果只有一位数
            if(mid==0){
                return nums2[mid];
            }
            // 判断总长度是奇数还是偶数,偶数需要中间两位计算中位数,奇数直接返回中间位置数值
            return total%2==0?(nums2[mid]+nums2[mid-1])/2.0:nums2[mid];
        }
        // 如果数组2为空
        if(len2==0){
            // 如果只有一位数
            if(mid==0){
                return nums1[mid];
            }
            // 判断总长度是奇数还是偶数,偶数需要中间两位计算中位数,奇数直接返回中间位置数值
            return total%2==0?(nums1[mid]+nums1[mid-1])/2.0:nums1[mid];
        }
        // 创建合并数组,只需要创建mid+1长度即可,不需要完全排序完毕
        int[] megerArray = new int[mid+1];
        // 创建两个指针指向数组1和数组2的起始位置
        int idx1 = 0;
        int idx2 = 0;
        // 循环初始化合并数组,合并排序过程
        for(int i=0;i<=mid;i++){
            // 考虑到两个数组长度不一,所以需要Integer类型来判断是否从数组中取出值;
            // 如果是int类型的话,默认是0,那么不好判断该值是否是从数组中取出来的;
            Integer n1 = null;
            Integer n2 = null;
            // 如果idx1小于数组1的长度,说明数组1还没遍历完毕
            if(idx1<len1){
                // 从数组1中取值
                n1 = nums1[idx1];
            }
            // 如果idx2小于数组2的长度,说明数组2也没遍历完毕
            if(idx2<len2){
                // 从数组2中取值
                n2 = nums2[idx2];
            }
            // 如果两个数组都能取值
            if(n1!=null&&n2!=null){
                // 比较两个值的大小,如果数组1取的值大于数组2取的值
                if(n1>n2){
                    // 那么把小的放进合并数组中
                    megerArray[i] = n2;
                    // 数组2的索引位向后移动,数组1的索引位不能动,还要参与下次比较
                    idx2++;
                }else{
                    // 如果数组1取的值小于等于数组2取的值,把小的放进合并数组中
                    megerArray[i] = n1;
                    // 数组1的索引位向后移动,数组2的索引位不动,参与下次比较
                    idx1++;
                }
            }else if(n1!=null){
                // 如果只有数组1能取值,说明数组2已经取值结束了
                // 那么只需要逐个把数组1的值放进合并数组中即可
                megerArray[i] = n1;
                idx1++;
            }else if(n2!=null){
                // 如果只有数组2能取值,说明数组1已经取值结束
                // 那么只需要逐个把数组2的值放进合并数组中即可
                megerArray[i] = n2;
                idx2++;
            }
        }
        // 计算中位数;
        // 如果两个数组总长度是偶数,那么需要拿出中间的两个数来计算中位数;
        // 如果两个数组总长度是奇数,那么直接返回中间位置的数值即可;
        return total%2==0?(megerArray[mid]+megerArray[mid-1])/2.0:megerArray[mid];
    }
复制代码

python实现

def findMedianSortedArrays(self, nums1: List[int], nums2: List[int]) -> float:
    # 计算数组1的长度
    len1 = len(nums1)
    # 计算数组2的长度
    len2 = len(nums2)
    # 计算总长度
    total = len1+len2;
    # 计算中间位置
    mid = total//2
    # 如果两个数组都是空
    if total==0:
        # 直接返回0.0
        return 0.0
    # 如果数组1为空
    if len1==0:
        # 如果只有1个元素,那么只返回这个数值
        if mid==0:
            return nums2[mid]
        # 如果总长度是偶数,得找到中间两个数计算中位数
        # 如果是奇数,那么直接返回中间位置的数值
        return (nums2[mid]+nums2[mid-1])/2 if total%2==0 else nums2[mid]
    # 如果数组2为空
    if len2==0:
        # 如果只有1个元素,那么只返回这个数值
        if mid==0:
            return nums1[mid]
        # 如果总长度是偶数,得找到中间两个数计算中位数
        # 如果是奇数,那么直接返回中间位置的数值
        return (nums1[mid]+nums1[mid-1])/2 if total%2==0 else nums1[mid]
    # 下面开始合并排序
    # 先创建一个空数组
    megerArray = []
    # 创建两个指针,分别指向数组1和数组2的起始位置
    idx1 = 0
    idx2 = 0
    # 合并排序
    for i in range(mid+1):
        # 初始化两个值为None,以便后续判断是否从数组中取值
        n1 = None
        n2 = None
        # 如果idx1小于数组1的长度,说明数组1可以取值
        if idx1<len1:
            # 从数组1中取值
            n1 = nums1[idx1]
        # 如果idx2小于数组2的长度,说明数组2可以取值
        if idx2<len2:
            # 从数组2中取值
            n2 = nums2[idx2]
        # 如果取的值都不为空,说明两个数组都取值成功
        if n1 is not None and n2 is not None:
            # 比较两个数的大小;
            # 如果数组1取的值大于数组2中取的值,那么把小的值先放进合并数组中,数组2对应的索引位向后移动
            if n1>n2:
                megerArray.append(n2)
                idx2+=1
            else:
                # 如果数组1取的值小于等于数组2中取的值,那么把小的值先放进合并数组中,数组1对应的索引位向后移动
                megerArray.append(n1)
                idx1+=1
        # 如果只有数组1取到了值
        elif n1 is not None:
            # 那么把取到的值放进合并数组中,数组1的索引位向后移动
            megerArray.append(n1)
            idx1+=1
        # 如果只有数组2取到了值
        elif n2 is not None:
            # 那么把取到的值放进合并数组中,数组2的索引位向后移动
            megerArray.append(n2)
            idx2+=1
    # 当全部合并完成后,我们开始计算中位数
    # 当总长度是偶数时,取出中间索引位置的两个数值计算中位数;
    # 当总长度时奇数时,直接取出中间索引位置
    return (megerArray[mid]+megerArray[mid-1])/2 if total%2==0 else megerArray[mid]
复制代码

rust实现

pub fn find_median_sorted_arrays(nums1: Vec<i32>, nums2: Vec<i32>) -> f64 {
    // 计算数组1的长度
    let len1 = nums1.len();
    // 计算数组2的长度
    let len2 = nums2.len();
    // 计算总长度
    let total = len1 + len2;
    // 计算中间位置
    let mid = total / 2;
    // 如果两个数组都为空
    if total == 0 {
        // 返回0.0
        return 0.0;
    }
    // 如果数组1为空
    if len1 == 0 {
        // 如果数组2只有一个元素,直接返回
        if mid == 0 {
            return nums2[mid] as f64;
        }
        // 如果总长度为偶数
        if total % 2 == 0 {
            // 拿出中间位置两个元素计算中位数
            return (nums2[mid] + nums2[mid - 1]) as f64 / 2 as f64;
        }
        // 如果是奇数,直接返回中间位置元素
        return nums2[mid] as f64;
    }
    // 如果数组2为空
    if len2 == 0 {
        // 如果数组1只有一个元素,直接返回
        if mid == 0 {
            return nums1[mid] as f64;
        }
        // 如果总长度为偶数
        if total % 2 == 0 {
            // 拿出中间位置两个元素计算中位数
            return (nums1[mid] + nums1[mid - 1]) as f64/ 2 as f64;
        }
        // 如果是奇数,直接返回中间位置元素
        return nums1[mid] as f64;
    }
    // 创建一个合并数组
    let mut meger_array: Vec<i32> = vec![];
    // 创建两个指针分别指向数组1和数组2的起始位置
    let mut idx1 = 0;
    let mut idx2 = 0;
    // 循环合并排序
    for i in 0..mid+1 {
        // 创建两个Option类型数据,分别代表从数组1和数组2中取出来的值
        let mut n1 = None;
        let mut n2 = None;
        // 如果idx1小于数组1的长度,那么说明数组1可以取值
        if idx1 < len1 {
            // 从数组1中取值
            n1 = Some(nums1[idx1]);
        }
        // 如果idx2小于数组2的长度,那么说明数组2可以取值
        if idx2 < len2 {
            // 从数组2中取值
            n2 = Some(nums2[idx2]);
        }
        // 如果从数组1和数组2中取的值都不为空
        if n1.is_some() && n2.is_some() {
            // 比较两个值,小的先存进合并数组中
            // 如果数组1中取的值大于数组2中取的值
            if n1.gt(&n2) {
                // 数组2中取的值添加到合并数组中
                meger_array.push(n2.unwrap());
                // 并移动数组2的指针
                idx2 += 1;
            } else {
                // 数组1中取的值添加到合并数组中
                meger_array.push(n1.unwrap());
                // 并移动数组1的指针
                idx1 += 1;
            }
        } else if n1.is_some() {
            // 如果数组1中取的值不为空,说明数组2遍历完毕
            // 那么直接把数组1取的值添加到合并数组中
            meger_array.push(n1.unwrap());
            // 移动数组1的指针
            idx1 += 1;
        } else {
            // 如果数组2中取的值不为空,说明数组1遍历完毕
            // 那么直接把数组2取的值添加到合并数组中
            meger_array.push(n2.unwrap());
            // 移动数组2的指针
            idx2 += 1;
        }
    }
    // 合并排序到中间位置后,已经足够计算中位数了
    // 判断总长度是偶数
    if total % 2 == 0 {
        // 取出中间两个数计算中位数
        return (meger_array[mid] + meger_array[mid - 1]) as f64 / 2 as f64;
    }
    // 如果是奇数,直接返回中间位置元素
    return meger_array[mid] as f64;



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