【leetcode热题】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。

示例 1:

输入:nums = [3,4,5,1,2]
输出:1
解释:原数组为 [1,2,3,4,5] ,旋转 3 次得到输入数组。

示例 2:

输入:nums = [4,5,6,7,0,1,2]
输出:0
解释:原数组为 [0,1,2,4,5,6,7] ,旋转 3 次得到输入数组。

示例 3:

输入:nums = [11,13,15,17]
输出:11
解释:原数组为 [11,13,15,17] ,旋转 4 次得到输入数组。

解法一

其实之前已经在 33 题 解法一中写过这个解法了,这里直接贴过来。

求最小值,遍历一遍当然可以,不过这里提到了有序数组,所以我们可以采取二分的方法去找,二分的方法就要保证每次比较后,去掉一半的元素。

这里我们去比较中点和端点值的情况,那么是根据中点和起点比较,还是中点和终点比较呢?我们来分析下。

  • mid 和 start 比较

    mid > start : 最小值在左半部分。

    mid < start: 最小值在左半部分。

    无论大于还是小于,最小值都在左半部分,所以 mid 和 start 比较是不可取的。

  • mid 和 end 比较

    mid < end:最小值在左半部分。

    mid > end:最小值在右半部分。

    所以我们只需要把 mid 和 end 比较,mid < end 丢弃右半部分(更新 end = mid),mid > end 丢弃左半部分(更新 start = mid)。直到 end 等于 start 时候结束就可以了。

但这样会有一个问题的,对于下边的例子,就会遇到死循环了。

问题出在,当数组剩两个的时候,mid = (start + end)/ 2mid 取的就是 start。上图的例子, mid > end, 更新 start = midstart 位置并不会变化。那么下一次 mid 的值也不会变,就死循环了。所以,我们要更新 start = mid + 1,同时也使得 start 指向了最小值。

综上,找最小值的代码就出来了。

public int findMin(int[] nums) {int start = 0;int end = nums.length - 1;while (start < end) {int mid = (start + end) >>> 1;if (nums[mid] > nums[end]) {start = mid + 1;} else {end = mid;}}return nums[start];
}

解法二

解法一中我们把 mid 和 end 进行比较,那么我们能不能把 mid 和 start 比较解决问题呢?

看一下之前的分析。

mid 和 start 比较

mid > start : 最小值在左半部分或者右半部分。

mid < start: 最小值在左半部分。

上边的问题就出在了 mid > start 中出现了两种情况,如果数组是有序的最小值出现在了左半部分,和mid < start 出现了同样的情况。所以我们其实只需要在更新 start 和 end 之前,判断数组是否已经有序,把这种情况单独考虑。有序的话,直接返回第一个元素即可。

public int findMin(int[] nums) {int start = 0;int end = nums.length - 1;while (start < end) {if (nums[start] < nums[end]) {return nums[start];}int mid = (start + end) >>> 1;//必须是大于等于,比如 nums=[9,8],mid 和 start 都指向了 9if (nums[mid] >= nums[start]) {start = mid + 1;} else {end = mid;}}return nums[start];
}

本质上其实和解法一是一样的。

此外还可以思考一个问题,如果给定的数组经过了一次变化,也就是给定的不是有序的,那么我们是不是就不用在过程中判断当前是不是有序数组了?

答案肯定是否定的了,比如 nums = [4,5,6,1,2,3],经过一次更新,start 会指向 1end 会指向 3,此时就变成有序了,所以在过程中我们必须判断数组是否有序。而解法一的好处就是,即使是有序的,也不影响我们的判断。

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