leetcode---- 287.寻找重复数(二分查找与快慢指针两种解法)

leetcode-----287.寻找重复数

问题:给定一个包含 n + 1 个整数的数组 nums ,其数字都在 1 到 n 之间(包括 1 和 n),可知至少存在一个重复的整数。

假设 nums 只有 一个重复的整数 ,找出 这个重复的数 。

你设计的解决方案必须不修改数组 nums 且只用常量级 O(1) 的额外空间。

思路:

  • 二分查找

定义count[i]表示nums数组中小于等于i的数字的个数。且count数组是递增的。以示例1为例

输入:nums = [1,3,4,2,2]
输出:2

我们可以得到这样一个count数组,nums中的元素其实就是count数组的索引i[1,n]之间。

i 1 2 3 4
count[i] 1 3 4 5

然后使用二分法查找count数组中第一个 索引与对应值count[i]不相等的 即为所求

class Solution {
    public int findDuplicate(int[] nums) {
        int len = nums.length;

        int l = 1, r = len - 1, res = -1;
        while(l <= r){
            int mid = l + (int) (r - l) / 2;

            int count = 0;
            for(int i = 0; i < len; ++i){
                if(nums[i] <= mid){
                    count++;
                }
            }

            if(count <= mid){
                l = mid + 1;
            } else{
                r = mid - 1;
                res = mid;
            }
        }
        return res;
    }
}
  • 快慢指针

这个思路是真的很妙呀,但是很难想的到吧。参考这篇题解,这种思路是将数组当作一个特殊的链表对待,若数组中有重复元素,则这个特殊的链表就会存在环。数组的下标是指向元素的指针,将数组的元素也看作指针。比如数组的第一个下标0是一个指针,它指向nums[0],此时构成这样一个链表:0 -> nums[0],而nums[0],也是一个指针,指向nums[nums[0]]元素,此时链表是这样的:0 -> nums[0] -> nums[nums[0]]。以数组[1,3,4,2,2]为例。会构造出这样一个链表0 -> 1 -> 3 -> [2 -> 4] -> [2 -> 4] -> 2....,其中2->4为环。这样就将问题转化为求链表入环的第一个节点,参考142.环形链表II。

具体做法是:使用快慢指针,slow指针每次走一步,fast指针每次走两步。即slow = nums[slow]; fast = nums[nums[fast]]。最终slow指针与fast指针会在环内相遇,然后令finder指针从头走,同时slow指针也从当前位置开始走,这两个指针都是每次走一步。最后两个指针相遇的地方就是入环的第一个节点。

证明:

slow和fast会在环中相遇

先假设一些量:起点到环的入口长度为m,环的周长为c,在fastslow相遇时slow走了n步。则fast走了2n步,fast比slow多走了n步,而这n步全用在了在环里循环(n%c==0)。当fast和last相遇之后,我们设置第三个指针finder,它从起点开始和slow(在fast和slow相遇处)同步前进,当finder和slow相遇时,就是在环的入口处相遇,也就是重复的那个数字相遇。

为什么 finder 和 slow 相遇在入口
fast 和 slow 相遇时,slow 在环中行进的距离是n-m,其中 n%c==0。这时我们再让 slow 前进 m步——也就是在环中走了 n步了。而 n%c==0 即 slow 在环里面走的距离是环的周长的整数倍,就回到了环的入口了,而入口就是重复的数字。
我们不知道起点到入口的长度m,所以弄个 finder 和 slow 一起走,他们必定会在入口处相遇。

class Solution {
    public int findDuplicate(int[] nums) {
        int slow = 0, fast = 0;
        do{
            slow = nums[slow];
            fast = nums[nums[fast]];
        } while (slow != fast);

        slow = 0;
        while(slow != fast){
            slow = nums[slow];
            fast = nums[fast];
        }

        return slow;
    }
}

整理思路,记录博客,以便复习。若有误,望指正~

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