【一刷《剑指Offer》】面试题 8:旋转数组的最小数字

简介: 【一刷《剑指Offer》】面试题 8:旋转数组的最小数字

力扣对应题目链接:154. 寻找旋转排序数组中的最小值 II - 力扣(LeetCode)

牛客对应题目链接: 旋转数组的最小数字_牛客题霸_牛客网 (nowcoder.com)

核心考点 :数组理解,二分查找,临界条件。


一、《剑指Offer》对应内容


二、分析题目

  • 数组问题的本质:求最小值问题。

1、方法一

  • 理论上遍历一次即可,但是我们可以根据题意选择使用稍微高效且更简单一点的做法。
  • 按照题目要求,要么是一个非递减排序的数组(最小值在最开始),要么是一个旋转(最小值在中间某个地方)。
  • 在旋转之后有个特征:在遍历的时候原始数组是非递减的,在旋转之后就有可能出现递减,引起递减的数字就是最小值

2、方法二

  • 采用二分查找的方式,进行定位二分的本质是二段性,并非单调性。只要一段满足某个性质,另外一段不满足某个性质,就可以用二分。
  • 定义首尾下标,因为是非递减数组旋转,所以旋转后可以将数组看成两部分,前半部分整体非递减,后半部分整体非递减,前半部分整体大于后半部分。
  • 所以,我们可以假设如下定义,让 left 指向最左侧,right 指向最右侧,mid 为二分之后的中间位置。我们假设 nums[nums.size()-1](或 num[0])为 x,如果 nums[mid] > nums[x] 时,说明 mid 位置在原数组前半部分,也就是说,目标最小值在 mid 的右侧,那么我们让 left=mid+1。否则,说明 mid 位置在原数组后半部分,也就是说,目标最小值在 mid 的右侧,让那么我们让 right=mid。
  • 上述这个过程,会让 [left, right] 这个区间缩小。在这个过程中,left 永远在原数组前半部分,right 永远在原数组的后半部分,而范围会一直缩小。当不满足 left < right 时,left 指向的位置就是最小元素的位置。
  • 但是因为题目说的是非递减,也就意味着数据允许重复,因为有重复数据的可能,这意味着我们无法直接根据与 nums[0] 或 nums[nums.size()-1] 的大小关系,将数组划分为两段,即无法通过二分来找到旋转点。
  • 这时,我们就需要判断重复元素是否存在于两端,通过移动指针来避免数据重复的影响。

三、代码(C++)

本题是153. 寻找旋转排序数组中的最小值 - 力扣(LeetCode)的延伸,可以先尝试第 153 题(区别:153 题元素值互不相同,没有重复值),体会在旋转数组中进行二分查找的思路,再来尝试解决本题。

因为这里找到的题目链接的数据范围都是数组长度 >= 1 的,所以这里就不做判空处理了。

这里贴出 AC 代码:(可以看看两体之间的区别)

//推荐:二分-取右端点为比较值 O(logN)
class Solution {
public:
    int findMin(vector<int>& nums) {
        int n=nums.size();
        int left=0, right=n-1;
        int x=nums[n-1];
        while(left<right)
        {
            int mid=left+(right-left)/2;
            if(nums[mid]>x) left=mid+1;
            else right=mid;
        }
        return nums[left];
    }
};
 
//不推荐:二分-取左端点为比较值 O(logN)
class Solution {
public:
    int findMin(vector<int>& nums) {
        int n=nums.size();
        if (n==1 || nums[0]<nums[n-1]) return nums[0];
        int left=0, right=n-1;
        int x=nums[0];
        while(left<right)
        {
            int mid=left+(right-left)/2;
            if(nums[mid]>=x) left=mid+1;
            else right=mid;
        }
        return nums[left];
    }
};

1、方法一(题目要求尽可能减少整个过程的操作步骤,所以推荐写方法二)

//暴力解法一
class Solution {
public:
    int findMin(vector<int>& nums) {
        int n=nums.size();
        int res=INT_MAX;
        for(int i=0; i<n; i++)
            if(res>nums[i])
                res=nums[i];
        return res;
    }
};
 
//暴力解法二(上述描述写法)
class Solution {
public:
    int findMin(vector<int>& nums) {
        int res=nums[0];
        int n=nums.size();
        for(int i=1; i<n; i++)
        {
            if(nums[i-1]>nums[i])
            {
                res=nums[i];
                break;
            }
        }
        return res;
    }
};

2、方法二

//推荐:二分-取右端点为比较值 O(logN)
class Solution {
public:
    int findMin(vector<int>& nums) {
        int n=nums.size();
        int left=0, right=n-1;
        while(left<right && nums[0]==nums[right])
            right--;
        int x=nums[right];
        while(left<right)
        {
            int mid=left+(right-left)/2;
            if(nums[mid]>x) left=mid+1;
            else right=mid;
        }
        return nums[left];
    }
};
//牛客网
class Solution {
public:
    /**
     * 代码中的类名、方法名、参数名已经指定,请勿修改,直接返回方法规定的值即可
     *
     * 
     * @param nums int整型vector 
     * @return int整型
     */
    int minNumberInRotateArray(vector<int>& nums) {
        int n=nums.size();
        int left=0, right=n-1;
        while(left<right && nums[0]==nums[right])
            right--;
        int x=nums[right];
        while(left<right)
        {
            int mid=left+(right-left)/2;
            if(nums[mid]>x) left=mid+1;
            else right=mid;
        }
        return nums[left];
    }
};

四、进阶

这道题与153. 寻找旋转排序数组中的最小值 - 力扣(LeetCode)类似,但 nums 可能包含重复元素。允许重复会影响算法的时间复杂度吗?会如何影响,为什么?

这道题目的平均时间复杂度为 O(logN),其中 n 是数组 nums 的长度。如果数组是随机生成的,那么数组中包含相同元素的概率很低,在二分查找的过程中,大部分情况都会忽略一半的区间。而在最坏情况下,如果数组中的元素完全相同,那么 while 循环就需要执行 n 次,时间复杂度为 O(n)。


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