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LeetCode OJ - Median of Two Sorted Arrays

题目:

There are two sorted arrays A and B of size m and n respectively. Find the median of the two sorted arrays. The overall run time complexity should be O(log (m+n)).

解题思路:

将原问题转变成一个寻找第k小数的问题(假设两个原序列升序排列),这样中位数实际上是第(m+n)/2小的数。所以只要解决了第k小数的问题,原问题也得以解决。

首先假设数组A和B的元素个数都大于k/2,我们比较A[k/2-1]和B[k/2-1]两个元素,这两个元素分别表示A的第k/2小的元素和B的第k/2小的元素。这两个元素比较共有三种情况:>、<和=。如果A[k/2-1]<B[k/2-1],这表示A[0]到A[k/2-1]的元素都在A和B合并之后的前k小的元素中。换句话说,A[k/2-1]不可能大于两数组合并之后的第k小值,所以我们可以将其抛弃。

证明也很简单,可以采用反证法。假设A[k/2-1]大于合并之后的第k小值,我们不妨假定其为第(k+1)小值。由于A[k/2-1]小于B[k/2-1],所以B[k/2-1]至少是第(k+2)小值。但实际上,在A中至多存在k/2-1个元素小于A[k/2-1],B中也至多存在k/2-1个元素小于A[k/2-1],所以小于A[k/2-1]的元素个数至多有k/2+ k/2-2,小于k,这与A[k/2-1]是第(k+1)的数矛盾。

当A[k/2-1]>B[k/2-1]时存在类似的结论。

当A[k/2-1]=B[k/2-1]时,我们已经找到了第k小的数,也即这个相等的元素,我们将其记为m。由于在A和B中分别有k/2-1个元素小于m,所以m即是第k小的数。(这里可能有人会有疑问,如果k为奇数,则m不是中位数。这里是进行了理想化考虑,在实际代码中略有不同,是先求k/2,然后利用k-k/2获得另一个数。)

通过上面的分析,我们即可以采用递归的方式实现寻找第k小的数。此外我们还需要考虑几个边界条件:

 

  • 如果A或者B为空,则直接返回B[k-1]或者A[k-1];
  • 如果k为1,我们只需要返回A[0]和B[0]中的较小值;
  • 如果A[k/2-1]=B[k/2-1],返回其中一个;

代码:

 1 class Solution { 2 public: 3     int findKth(int A[], int m, int B[], int n, int k) { 4         if (m > n) return findKth(B, n, A, m, k); 5          6         if (m == 0) return B[k-1]; 7         if (n == 0) return A[k-1]; 8         if (k == 1) return min(A[0], B[0]); 9         10         int part_a = min(k>>1, m), part_b = k - part_a;11         12         if (A[part_a - 1] < B[part_b - 1]) {13             return findKth(A + part_a, m - part_a, B, n, k - part_a);14         } else if (A[part_a - 1] > B[part_b - 1]) {15             return findKth(A, m, B + part_b, n - part_b, k-part_b);16         } else {17             return A[part_a - 1];18         }19      }20     double findMedianSortedArrays(int A[], int m, int B[], int n) {21         if ((m+n) & 1) {22             return findKth(A, m, B, n, (m + n) / 2 + 1);23         } else {24             return (findKth(A, m, B, n, (m + n) / 2) + findKth(A, m, B, n, (m + n) / 2 + 1)) / 2.0;25         }26     }27 };