二分查找(二)

点名

点名

某班级 n 位同学的学号为 0 ~ n-1。点名结果记录于升序数组 records。假定仅有一位同学缺席,请返回他的学号。

二分法思路:判断数组的值和对应的下标是否相等,将数组分为两个区间,不相等区间的最左端,就是第缺席的同学的学号。 

class Solution {
public:int takeAttendance(vector<int>& records) {int left = 0, right = records.size() - 1;while(left < right){// 判断数组的值和下标是否相等,可以将其分为两个区间int mid = left + (right - left)/2;if(records[mid]!=mid)  right= mid;else if(records[mid]==mid) left = mid + 1;}if(left == records[records.size()-1]) return left+1;else return left;}
};

山脉数组的峰顶索引 

山脉数组的峰顶索引

符合下列属性的数组 arr 称为 山脉数组 :

  • arr.length >= 3
  • 存在 i0 < i < arr.length - 1)使得:
    • arr[0] < arr[1] < ... arr[i-1] < arr[i]
    • arr[i] > arr[i+1] > ... > arr[arr.length - 1]

给你由整数组成的山脉数组 arr ,返回满足 arr[0] < arr[1] < ... arr[i - 1] < arr[i] > arr[i + 1] > ... > arr[arr.length - 1] 的下标 i 。

你必须设计并实现时间复杂度为 O(log(n)) 的解决方案。

 

按照题目要求,数组一定存在先递增,再递减的情况。根据这个特性,可以将数组分为两个区间,一个为递增区间(包含顶峰),一个是递减区间,不包含顶峰,根据这个二项性来使用二分算法解决!

class Solution {
public:int peakIndexInMountainArray(vector<int>& arr) {//这个数组具有二段性 --> 可以采用二分查找int left = 0, right = arr.size() - 1;while(left < right){int mid = left + (right - left + 1)/2;//一段为山峰向上,包括山峰if(arr[mid] < arr[mid-1]) right = mid - 1;else left = mid; }return left;}
};

寻找峰值 

 寻找峰值

峰值元素是指其值严格大于左右相邻值的元素。

给你一个整数数组 nums,找到峰值元素并返回其索引。数组可能包含多个峰值,在这种情况下,返回 任何一个峰值 所在位置即可。

你可以假设 nums[-1] = nums[n] = -∞ 。

你必须实现时间复杂度为 O(log n) 的算法来解决此问题。

思路,因为数组外面的值都是负无穷,所以数组依然有 “二段性” ,当 nums[mid] > nums[mid+1] 的时候,并且由于数组最左边是负无穷,所以在左半区间一定存在一个“峰值”,则舍去右区间;同理当 nums[mid] < nums[mid+1] 时,可舍去左区间。利用这个二段性,使用二分法求解!

 

class Solution {
public:int findPeakElement(vector<int>& nums) {//数组依然有二段性int left = 0, right = nums.size() - 1;while(left < right){int mid = left + (right - left)/2;// 左区间有结果if(nums[mid] > nums[mid+1]) right = mid;//右区间有结果else if(nums[mid] < nums[mid+1]) left = mid + 1; }return left;}
};

寻找旋转排序数组中的最小值 

寻找旋转排序数组中的最小值

已知一个长度为 n 的数组,预先按照升序排列,经由 1 到 n 次 旋转 后,得到输入数组。例如,原数组 nums = [0,1,2,4,5,6,7] 在变化后可能得到:

  • 若旋转 4 次,则可以得到 [4,5,6,7,0,1,2]
  • 若旋转 7 次,则可以得到 [0,1,2,4,5,6,7]

注意,数组 [a[0], a[1], a[2], ..., a[n-1]] 旋转一次 的结果为数组 [a[n-1], a[0], a[1], a[2], ..., a[n-2]] 。

给你一个元素值 互不相同 的数组 nums ,它原来是一个升序排列的数组,并按上述情形进行了多次旋转。请你找出并返回数组中的 最小元素 。

你必须设计一个时间复杂度为 O(log n) 的算法解决此问题。

思路:以B点或者A点作为边界条件,大于等于A或者大于B分为一组,小于A或者小于等于B分为一组,使用二分法逐渐舍去另一组不符合的,最终的left位置就是 最小元素 的位置。(注:如果使用A 点为边界点,需要注意边界条件:A点为最小值)

 

class Solution {
public:int findMin(vector<int>& nums) {// 有二段性:两段区间都是递增的// 采用二分查找,且以左区间的第一个数为分界int left = 0, right = nums.size() - 1;if(nums[left]<nums[right]) return nums[left];while(left < right){int mid = left + (right - left)/2;if(nums[mid] >= nums[0]) left = mid + 1;else if(nums[mid] < nums[0]) right = mid;}return nums[left];}
};

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