剑指-面试题41 数据流中的中位数

数据流中的中位数

题目
如何得到一个数据流中的中位数?如果从数据流中读出奇数个数值,那么中位数就是所有数值排序之后位于中间的数值。如果从数据流中读出偶数个数值,那么中位数就是所有数值排序之后中间两个数的平均值。
例如:
— [2,3,4] 的中位数是 3
— [2,3] 的中位数是 (2 + 3) / 2 = 2.5
设计一个支持以下两种操作的数据结构:
(1)void addNum(int num) - 从数据流中添加一个整数到数据结构中。
(2)double findMedian() - 返回目前所有元素的中位数。

  • 最多会对 addNum、findMedia进行 50000 次调用。

思路1 二分查找插入
每次将值插在合适的位置,就不用对数组排序,用二分查找来找到这个合适的位置(查找 O ( l o g n ) O(logn) O(logn),插入 O ( n ) O(n) O(n))。

  • C++ 使用lower_bound()函数:lower_bound( begin,end,num),从数组的begin位置到end-1位置二分查找第一个大于或等于num的数字,找到返回该数字的地址,不存在则返回end。
  • python 使用bisect排序模块,bisect.insort_left(arr, num)会返回在arr中插入num的位置,这里不需要这个位置,只执行插入操作。

思路2 优先队列(堆)
leetcode题解参考
时间复杂度 O ( l o g n ) O(logn) O(logn)

总结:
两个二分查找的实现:

  • C++:lower_bound()函数
  • python: bisect.insort_left()

C++ 思路一

class MedianFinder {
    vector<int> store;
public:
    /** initialize your data structure here. */
    MedianFinder() {

    }
    
    void addNum(int num) {
        if(store.empty())
            store.push_back(num);
        else
            store.insert(lower_bound(store.begin(), store.end(), num), num);        //二分查找插入
    }
    
    double findMedian() {
        int n = store.size();
        return n&1 ? store[n/2]:(store[n/2-1]+store[n/2])*0.5;
    }
};

/**
 * Your MedianFinder object will be instantiated and called as such:
 * MedianFinder* obj = new MedianFinder();
 * obj->addNum(num);
 * double param_2 = obj->findMedian();
 */

python 思路一

class MedianFinder:

    def __init__(self):
        """
        initialize your data structure here.
        """
        self.store = []


    def addNum(self, num: int) -> None:
        if not self.store:
            self.store.append(num)
        else:
            bisect.insort_left(self.store, num) # 使用二分查找插入,bisect.insort_left会返回插入的位置,这里不需要这个位置,只执行插入操作

    def findMedian(self) -> float:
        n = len(self.store)
        if n & 1 == 1:  # n是奇数
            return self.store[n // 2]
        else:
            return (self.store[n // 2] + self.store[n // 2 - 1]) / 2

# Your MedianFinder object will be instantiated and called as such:
# obj = MedianFinder()
# obj.addNum(num)
# param_2 = obj.findMedian()

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