程式碼隨想錄演算法訓練營第一天 | 704. 二分查詢、 27. 移除元素、977.有序陣列的平方 (上)

apate_清行發表於2024-10-17

1-704.二分查詢

給定一個 n 個元素有序的(升序)整型陣列 nums 和一個目標值 target ,寫一個函式搜尋 nums 中的 target,如果目標值存在返回下標,否則返回 -1


示例 1:

輸入: nums = [-1,0,3,5,9,12], target = 9 輸出: 4 解釋: 9 出現在 nums 中並且下標為 4

示例 2:

輸入: nums = [-1,0,3,5,9,12], target = 2 輸出: -1 解釋: 2 不存在 nums 中因此返回 -1

提示:

  1. 你可以假設 nums 中的所有元素是不重複的。
  2. n 將在 [1, 10000]之間。
  3. nums 的每個元素都將在 [-9999, 9999]之間。

二分查詢問題的關鍵在於邊界條件的選擇決定了判斷條件的設定。以下從左閉右閉區間和左閉右開區間兩種寫法來說明。這裡其實有一點,就是題目給出的是左閉右閉也好,左閉右開也好,都可以使用兩種解法,不會影響。

左閉右閉:即left的值和right的值都可以取到,二分查詢是在單調數列中,透過不斷判斷中間值的方法來逐漸縮小所查的範圍。某種意義上和猜數字的遊戲類似,只不過我們固定了每次都猜中間數字。這樣可以最高效率猜到這個數字的位置。

在左閉右閉的情況下,我們定義left為0,right為陣列大小-1,這樣可以讓right的編號正好對應陣列的最後一個值,也就是取滿陣列。

第二步,考慮最外的大迴圈,當left和right非常接近的時候就可以停止迴圈了。在閉區間中,left是可以等於right的,於是我們設定判斷條件為left<=right,只有當left大於right時退出迴圈。

第三部,在大迴圈內部我們需要根據target的位置來選擇更新left或right。這裡我們需要定義middle的值為(left+right)/2。這一步我看很多人說可以定義為left+(right-left)/2,可以防止溢位,我其實不太理解,個人認為可能是如果當right太大的時候兩個數相加會超過int的範圍。

定義好middle後,我們比較原陣列在middle位置的數值和target,當大於target的時候,說明目標數在left和middle中間,於是我們需要更新right值,此時由於我們選擇了左閉右閉區間,middle位置的數確定不是target了,那麼right就可以等於middle-1,因為我們不需要重複判斷middle,可以直接把它排除在外。

當小於target也是同理,說明目標數在middle和right中間,於是我們更新left的值,和前面同樣道理,並不需要將middle放入我們待判斷的區間中,於是left可以為middle+1。

那麼其他情況顯然middle等於target,此時輸出middle即可。大迴圈後return-1即可。程式碼如下:

class Solution {
public:
    int search(vector<int>& nums, int target) {
        int left = 0;
        int right = nums.size() - 1;//左閉右閉區間,right直接對應陣列最後一個元素的序號即可
        while(left <= right){ // 當left==right,區間[left, right]依舊合法,用 <=
            int middle = left + ((right - left) / 2);//防止溢位,大概是防止int型不夠存
            if(nums[middle] > target){
                right = middle - 1;// target 在左,將已經判斷過的middle排除,所以[left, middle - 1]
            }else if(nums[middle] < target){
                left = middle + 1; // target 在右,將已經判斷過的middle排除,所以[middle + 1, right]
            }else{
                return middle;// 找到目標
            } 
        }
         // 未找到目標時
        return -1;
    }
};

左閉右開:

道理和前一種類似,程式碼如下:

class Solution {
public:
    int search(vector<int>& nums, int target) {
        int left = 0;
        int right = nums.size();//左閉右開區間,right需要對應陣列最後一個元素的序號+1來保證能遍歷題目閉區間陣列中所有的數
        while(left < right){ // 當left=right,區間[left, right)不合法,用 <
            int middle = left + ((right - left) / 2);//防止溢位,大概是防止int型不夠存
            if(nums[middle] > target){
                right = middle;// target 在左,將已經判斷過的middle排除,所以[left, middle)
            }else if(nums[middle] < target){
                left = middle + 1; // target 在右,將已經判斷過的middle排除,所以[middle + 1, right)
            }else{
                return middle;// 找到目標
            } 
        }
         // 未找到目標時
        return -1;
    }
};

35.搜尋插入位置 和 34. 在排序陣列中查詢元素的第一個和最後一個位置 ,這倆明天再看。

2-27.移除元素

給你一個陣列 nums 和一個值 val,你需要 原地 移除所有數值等於 val 的元素。元素的順序可能發生改變。然後返回 nums 中與 val 不同的元素的數量。

假設 nums 中不等於 val 的元素數量為 k,要透過此題,您需要執行以下操作:

  • 更改 nums 陣列,使 nums 的前 k 個元素包含不等於 val 的元素。nums 的其餘元素和 nums 的大小並不重要。
  • 返回 k

使用者評測:

評測機將使用以下程式碼測試您的解決方案:

int[] nums = [...]; // 輸入陣列
int val = ...; // 要移除的值
int[] expectedNums = [...]; // 長度正確的預期答案。
                            // 它以不等於 val 的值排序。

int k = removeElement(nums, val); // 呼叫你的實現

assert k == expectedNums.length;
sort(nums, 0, k); // 排序 nums 的前 k 個元素
for (int i = 0; i < actualLength; i++) {
    assert nums[i] == expectedNums[i];
}

如果所有的斷言都透過,你的解決方案將會 透過

示例 1:

輸入:nums = [3,2,2,3], val = 3
輸出:2, nums = [2,2,_,_]
解釋:你的函式函式應該返回 k = 2, 並且 nums 中的前兩個元素均為 2。
你在返回的 k 個元素之外留下了什麼並不重要(因此它們並不計入評測)。

示例 2:

輸入:nums = [0,1,2,2,3,0,4,2], val = 2
輸出:5, nums = [0,1,4,0,3,_,_,_]
解釋:你的函式應該返回 k = 5,並且 nums 中的前五個元素為 0,0,1,3,4。
注意這五個元素可以任意順序返回。
你在返回的 k 個元素之外留下了什麼並不重要(因此它們並不計入評測)。

提示:

  • 0 <= nums.length <= 100
  • 0 <= nums[i] <= 50
  • 0 <= val <= 100

涉及陣列概念相關問題,簡單的暴力解法為,直接兩層迴圈,第一層尋找元素並刪除,第二層將所有元素提前一位即可。下面給出程式碼:

class Solution {
public:
    int removeElement(vector<int>& nums, int val) {
        int size = nums.size();
        for (int i = 0;i < size; i++){
            if (val == nums[i]){
                for(int j = i + 1; j < size; j++){
                    nums[j - 1] = nums[j];
                }
                i--;
                size--;
            }
        }
        return size;
    }
};

今天目前先到這裡,27的雙指標實現和977題目明天一起做。

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