Leecode 101刷题笔记之第四章：和你一起你轻松刷题（Python）
居合斩！二分查找
-
- 69. Sqrt(x) (Easy)
- 34. Find First and Last Position of Element in Sorted Array (Medium)
- 81. Search in Rotated Sorted Array II (Medium)
- 练习-基础难度
-
- 154. Find Minimum in Rotated Sorted Array II (Medium)
- 540. Single Element in a Sorted Array (Medium)
69. Sqrt(x) (Easy)
题目描述
给定一个非负整数，求它的开方，向下取整。
输入输出样例
输入一个整数，输出一个整数。
Input: 8
Output: 2
8 的开方结果是2.82842…，向下取整即是2。
题解
我们可以把这道题想象成，给定一个非负整数a，求f (x) = x2 − a = 0 的解。因为我们只考虑x ≥ 0，所以f (x) 在定义域上是单调递增的。考虑到f (0) = −a ≤ 0，f (a) = a2 − a ≥ 0，我们可以对[0, a] 区间使用二分法找到f (x) = 0 的解。
注意，在以下的代码里，为了防止除以0，我们把a = 0 的情况单独考虑，然后对区间[1, a]进行二分查找。我们使用了左闭右闭的写法。
另外，这道题还有一种更快的算法——牛顿迭代法，其公式为xn+1 = xn − f (xn)/ f ′(xn)。给定f (x) = x2 − a = 0，这里的迭代公式为xn+1 = (xn + a/xn)/2
具体代码
# leetcode submit region begin(Prohibit modification and deletion)
"""
执行用时：20 ms, 在所有 Python 提交中击败了93.53%的用户
内存消耗：12.9 MB, 在所有 Python 提交中击败了83.08%的用户
"""
def mySqrt(x):
"""
:type x: int
:rtype: int
"""
if x==1:
return x
r=x
while r>x/r:
# 基本不等式(a+b)/2 >=√ab 推导自 (a-b)^2 >= 0，注意 a>0 且 b>0
r=(r+x/r)//2
return r
# leetcode submit region end(Prohibit modification and deletion)
34. Find First and Last Position of Element in Sorted Array (Medium)
题目描述
给定一个增序的整数数组和一个值，查找该值第一次和最后一次出现的位置。
输入输出样例
输入是一个数组和一个值，输出为该值第一次出现的位置和最后一次出现的位置（从0 开始）；如果不存在该值，则两个返回值都设为-1。
Input: nums = [5,7,7,8,8,10], target = 8
Output: [3,4]
数字8 在第3 位第一次出现，在第4 位最后一次出现。
’题解
这道题可以看作是自己实现C++ 里的 lower_bound 和 upper_bound 函数。这里我们尝试使用左闭右开的写法，当然左闭右闭也可以。
具体代码
# leetcode submit region begin(Prohibit modification and deletion)
"""
执行用时：12 ms, 在所有 Python 提交中击败了96.96%的用户
内存消耗：13.2 MB, 在所有 Python 提交中击败了80.41%的用户
"""
class Solution(object):
def searchRange(self, nums, target):
"""
:type nums: List[int]
:type target: int
:rtype: List[int]
"""
res=[-1,-1]
if nums==[]:return res
n=len(nums)
l,r=0,n-1
while l<=r:
if l==r and nums[l]!=target and nums[r]!=target:
return res
mid = l+(r-l)//2
if nums[mid]==target:
res=[mid,mid]
l=mid-1
r=mid+1
while l>=0 and nums[l]==target:
res[0]=l
l-=1
while r<=n-1 and nums[r]==target:
res[1]=r
r+=1
return res
elif nums[mid]>target:
r=mid
else:
l=mid+1
return res
81. Search in Rotated Sorted Array II (Medium)
题目描述
一个原本增序的数组被首尾相连后按某个位置断开（如[1,2,2,3,4,5] → [2,3,4,5,1,2]，在第一位和第二位断开），我们称其为旋转数组。给定一个值，判断这个值是否存在于这个为旋转数组中。
输入输出样例
输入是一个数组和一个值，输出是一个布尔值，表示数组中是否存在该值。
Input: nums = [2,5,6,0,0,1,2], target = 0
Output: true
’题解
即使数组被旋转过，我们仍然可以利用这个数组的递增性，使用二分查找。对于当前的中点，如果它指向的值小于等于右端，那么说明右区间是排好序的；反之，那么说明左区间是排好序的。如果目标值位于排好序的区间内，我们可以对这个区间继续二分查找；反之，我们对于另一半区间继续二分查找。
注意，因为数组存在重复数字，如果中点和左端的数字相同，我们并不能确定是左区间全部相同，还是右区间完全相同。在这种情况下，我们可以简单地将左端点右移一位，然后继续进行二分查找。
具体代码
"""
执行用时：16 ms, 在所有 Python 提交中击败了85.37%的用户
内存消耗：13.1 MB, 在所有 Python 提交中击败了94.24%的用户
"""
class Solution(object):
def search(self, nums, target):
"""
:type nums: List[int]
:type target: int
:rtype: bool
"""
n=len(nums)
l,r=0,n-1
while l<=r:
mid=l+(r-l)//2
if nums[mid]==target:
return True
elif nums[mid]==nums[l]:
l+=1
elif nums[mid]==nums[r]:
r-=1
elif nums[mid]<nums[r]: # 此时右边有序
if nums[mid]<target<=nums[r]:
l=mid+1
else:
r=mid-1
elif nums[mid]>nums[l]: # 此时左边有序
if nums[mid]>target>=nums[l]:
r=mid-1
else:
l=mid+1
return False
练习-基础难度
154. Find Minimum in Rotated Sorted Array II (Medium)
旋转数组的变形题之一。
题目描述
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 = [0,1,4,4,5,6,7] 在变化后可能得到：
若旋转 4 次，则可以得到 [4,5,6,7,0,1,4]
若旋转 7 次，则可以得到 [0,1,4,4,5,6,7]
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]] 。
给你一个可能存在 重复 元素值的数组 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 。
你必须尽可能减少整个过程的操作步骤。
输入输出样例
输入：nums = [1,3,5]
输出：1
’题解
- 旋转数组中求最小值，为什么要用 mid 和 right 相比？
- 假设用 mid 和 left 比较， 如果 mid 大于 left ，能说明什么？ 说明最小值在 [left, mid ] 区间吗？ 或说明最小值在 [mid, right] 区间吗？ 都说明不了。因为 mid 大于 left 的时候，左边有序，但是最小值不一定是在坐标。
- 但是 用 mid 和 right 比较，mid 小于 right ，说明右边是有序的，最小值在 [left, mid] 之间，mid 不能被排除，是一个潜在的答案。如果 mid 大于 right， 说明右边无序，最小值在 [mid, right] 的区间里。
- 如果面试的时候是求旋转数组中的最大值，就可以用 mid 和 left 来比较了。
具体代码
"""
执行用时：20 ms, 在所有 Python 提交中击败了55.03%的用户
内存消耗：13.1 MB, 在所有 Python 提交中击败了92.74%的用户
"""
class Solution(object):
def findMin(self, nums):
"""
:type nums: List[int]
:rtype: int
"""
l,r=0,len(nums)-1
while l<r:
mid=l+(r-l)//2
if nums[mid]>nums[r]: # 说明右边无序，答案在右边
l=mid+1
elif nums[mid]<nums[r]: # 说明右边有序，答案在左边
r=mid
else:
r-=1
return nums[r]
def findmax(nums):
l, r = 0, len(nums) - 1
while l < r:
mid = l + (r - l) // 2
if nums[l] > nums[mid]: # 说明左边无序 则答案在左边
r = mid + 1
elif nums[l] < nums[mid]: # 说明左边有序 则答案在右边
l = mid
else:
# 如果mid和right相等，那么说明需要进一步减少r来判断
l += 1
return nums[l]
540. Single Element in a Sorted Array (Medium)
在出现独立数之前和之后，奇偶位数的值发生了什么变化？
题目描述
给你一个仅由整数组成的有序数组，其中每个元素都会出现两次，唯有一个数只会出现一次。
请你找出并返回只出现一次的那个数。
你设计的解决方案必须满足 O(log n) 时间复杂度和 O(1) 空间复杂度。
输入输出样例
输入: nums = [1,1,2,3,3,4,4,8,8]
输出: 2
’题解
根据中间点左右的值来判断,奇和偶数的位置。
具体代码
"""
执行用时：28 ms, 在所有 Python 提交中击败了36.11%的用户
内存消耗：16.7 MB, 在所有 Python 提交中击败了94.09%的用户
通过测试用例：
15 / 15
"""
class Solution(object):
def singleNonDuplicate(self, nums):
"""
:type nums: List[int]
:rtype: int
"""
n = len(nums)
if n == 0:
return 0
elif n == 1:
return nums[0]
else:
l, r = 0, n - 1
while True:
if l==r:
return nums[l]
mid = l + (r - l) // 2
if nums[mid] == nums[mid - 1]:
# 说明和左边凑成一对
if (mid + 1) % 2 != 0:
# 说明单身狗在nums[:mid+1]中
r = mid + 1
else:
# 说明单身狗在nums[mid+1:]中 直接忽略相等的这两个
l = mid + 1
elif nums[mid] == nums[mid + 1]:
# 说明和右边凑成一对
if (mid + 2) % 2 == 0:
l = mid + 2
else:
r = mid
else:
return nums[mid]
"""
执行用时：16 ms, 在所有 Python 提交中击败了94.09%的用户
内存消耗：16.8 MB, 在所有 Python 提交中击败了89.06%的用户
"""
class Solution(object):
def singleNonDuplicate(self, nums):
"""
:type nums: List[int]
:rtype: int
"""
l,r=0,len(nums)-1
while l<r:
mid=l+(r-l)//2
if mid%2!=0:
mid=mid-1
if nums[mid]==nums[mid+1]:
l=mid+2
elif nums[mid]==nums[mid-1]:
r=mid
else:
return nums[mid]
return nums[r]