【Leetcode】top 100 二分查找-编程知识

35 搜索插入位置

给定一个排序数组和一个目标值，在数组中找到目标值，并返回其索引。如果目标值不存在于数组中，返回它将会被按顺序插入的位置。请必须使用时间复杂度为 O(log n) 的算法。

基础写法！！！牢记！！！

第一个只适用与一个目标值的情况，第二个适用于多个目标值靠左取的情况（要靠右取可以找target+1获得下标值-1）；

class Solution(object):def searchInsert(self, nums, target):""":type nums: List[int]:type target: int:rtype: int"""left, right = 0, len(nums)-1while left <= right:mid = (left+right)//2if target == nums[mid]:return midelif target < nums[mid]:right = mid-1else:left = mid+1return leftdef lower_bound(nums, target):left, right = 0, len(nums) - 1  # 闭区间 [left, right]while left <= right: mid = (left + right) // 2if nums[mid] < target:left = mid + 1         # 范围缩小到 [mid+1, right]else:right = mid - 1        # 范围缩小到 [left, mid-1]return left

74 搜索二维矩阵

给你一个满足下述两条属性的 m x n 整数矩阵：

每行中的整数从左到右按非严格递增顺序排列。
每行的第一个整数大于前一行的最后一个整数。

给你一个整数 target ，如果 target 在矩阵中，返回 true ；否则，返回 false 。

方法一：二分先找列再找行定列的时候要靠近小值（取down）

或者将二维矩阵拉成一维矩阵然后同题35 时间复杂度相同O(logm+logn)

class Solution(object):def searchMatrix(self, matrix, target):""":type matrix: List[List[int]]:type target: int:rtype: bool"""up, down = 0, len(matrix)-1while up <= down:mid = (up+down)//2if target == matrix[mid][0]: return Trueelif target < matrix[mid][0]:down = mid-1else:up = mid+1left, right = 0, len(matrix[0])-1while left <= right:mid = (left+right)//2if target == matrix[down][mid]: return Trueelif target < matrix[down][mid]:right = mid-1else:left = mid+1return False

方法二：满足题目规定的二维矩阵可以看成一棵二叉搜索树时间复杂度O(m+n)

class Solution:def searchMatrix(self, matrix, target):m, n = len(matrix), len(matrix[0])x, y = 0, n - 1while x < m and y >= 0:if matrix[x][y] > target:y -= 1elif matrix[x][y] < target:x += 1else:return Truereturn False

34 在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置

给你一个按照非递减顺序排列的整数数组 nums，和一个目标值 target。请你找出给定目标值在数组中的开始位置和结束位置。如果数组中不存在目标值 target，返回 [-1, -1]。你必须设计并实现时间复杂度为 O(log n) 的算法解决此问题。

两遍二分查找，第一遍找target，第二遍找target+1，都靠左取；

不存在目标值情况：目标值过小/大，idx1=0/len(nums)

目标值没出现：nums[idx1] != target （可以和idx1=0合并）
class Solution(object):def searchRange(self, nums, target):""":type nums: List[int]:type target: int:rtype: List[int]"""left, right = 0, len(nums)-1while left <= right:mid = (left+right)//2if nums[mid] < target:left = mid+1else:right = mid-1idx1 = leftleft, right = 0, len(nums)-1while left <= right:mid = (left+right)//2if nums[mid] < target+1:left = mid+1else:right = mid-1idx2 = left-1if idx1 == len(nums) or nums[idx1] != target: return [-1, -1]else: return [idx1, idx2]

33 搜索旋转排列数组

整数数组 nums 按升序排列，数组中的值 互不相同 。在传递给函数之前，nums 在预先未知的某个下标 k（0 <= k < nums.length）上进行了旋转，使数组变为 [nums[k], nums[k+1], ..., nums[n-1], nums[0], nums[1], ..., nums[k-1]]（下标 从 0 开始 计数）。给你 旋转后 的数组 nums 和一个整数 target ，如果 nums 中存在这个目标值 target ，则返回它的下标，否则返回 -1 。你必须设计一个时间复杂度为 O(log n) 的算法解决此问题。

二分出一侧排序正确的区域，若target在这个区域里，正常查找，若在排序不正确的区域里，继续二分；

因为目标值仅出现一次，可提前判断；

找不到递增区间时终止循环；

class Solution(object):def search(self, nums, target):""":type nums: List[int]:type target: int:rtype: int"""left, right = 0, len(nums)-1while left <= right:mid = (left+right)//2if nums[mid] == target: return midelif nums[left] == target: return leftelif nums[right] == target: return rightif nums[left] < nums[mid] :    # [left, mid]排序正确if nums[mid] > target and nums[left] < target:    # target在[left, mid]内  right = mid - 1else:left = mid + 1         elif nums[mid] < nums[right]:  # [mid, right]排序正确if nums[mid] < target and nums[right] > target:   # target在[mid, right]内  left = mid + 1else:right = mid - 1 else:return -1if not nums or nums[left] != target: return -1else: return left

153 寻找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。

假设旋转k次，则数组为 [a[n-k]，a[n-k+1]，...，a[0]，...，a[n-k-1]] 一次二分

情况一：nums[left] < nums[mid] < nums[right] 最小值为 nums[left]

情况二：若左侧排序正确最小值只可能在右侧区间搜索区间为[mid+1,right]

情况三：同理右侧排序正确则最小值只可能在左侧区间搜索区间为[left,mid] 注意mid是右侧排序正确区间的最小值，也要放在搜索范围里；

当找不到递增序列时，取两个数的最小值；
class Solution(object):def findMin(self, nums):""":type nums: List[int]:rtype: int"""left, right = 0, len(nums)-1while left <= right:mid = (left+right)//2if nums[left] < nums[mid] and nums[mid] < nums[right]:return nums[left]elif nums[left] < nums[mid] and nums[mid] > nums[right]:    # [left, mid]排序正确left = mid + 1      elif nums[left] > nums[mid] and nums[mid] < nums[right]:  # [mid, right]排序正确right = mid else:return min(nums[left], nums[right])

4 寻找两个正序数组的中位数

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)) 。

方法一：合并两个有序数组后取中间位置的元素；时间复杂度O(m+n) 空间复杂度O(m+n)

将问题转换为两个有序数组中取第k小的数 k=(m+n)/2 or (m+n)/2+1

方法二：使用双指针，每次移动较小值的指针至移动k次；时间复杂度O(m+n) 空间复杂度O(1)

方法三：比较nums1[k/2-1]和nums2[k/2-1]，对于二者中的较小值(假设nums1[k/2-1])，其在合并数组中的下标一定小于(k/2-1)*2+1<k，就不可能是目标值，此时nums1[0:k/2]也不可能含有目标值；随后根据排除掉的长度更新k后继续循环；

终止条件：某个数组为[ ]，直接返回另一个数组的第k个元素；

k=1，直接取两数组第一个元素的最小值；
class Solution(object):def findMedianSortedArrays(self, nums1, nums2):""":type nums1: List[int]:type nums2: List[int]:rtype: float"""def getKthElement(k):index1, index2 = 0, 0while True:# 特殊情况if index1 == m:return nums2[index2 + k - 1]if index2 == n:return nums1[index1 + k - 1]if k == 1:return min(nums1[index1], nums2[index2])# 正常情况newIndex1 = min(index1 + k // 2 - 1, m - 1)        # 防止越界newIndex2 = min(index2 + k // 2 - 1, n - 1)pivot1, pivot2 = nums1[newIndex1], nums2[newIndex2]if pivot1 <= pivot2:k -= newIndex1 - index1 + 1index1 = newIndex1 + 1else:k -= newIndex2 - index2 + 1index2 = newIndex2 + 1m, n = len(nums1), len(nums2)totalLength = m + nif totalLength % 2 == 1:return getKthElement((totalLength + 1) // 2)else:return (getKthElement(totalLength // 2) + getKthElement(totalLength // 2 + 1)) / 2.