Leetcode.2607 使子数组元素和相等

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Leetcode.2607 使子数组元素和相等 Rating : 2071

题目描述

给你一个下标从 0 开始的整数数组 arr和一个整数 k 。数组 arr是一个循环数组。换句话说,数组中的最后一个元素的下一个元素是数组中的第一个元素,数组中第一个元素的前一个元素是数组中的最后一个元素。

你可以执行下述运算任意次:

  • 选中 arr中任意一个元素,并使其值加上 1 或减去 1
    执行运算使每个长度为 k 的 子数组 的元素总和都相等,返回所需要的最少运算次数。

子数组 是数组的一个连续部分。

示例 1:

输入:arr = [1,4,1,3], k = 2
输出:1
解释:在下标为 1 的元素那里执行一次运算,使其等于 3 。
执行运算后,数组变为 [1,3,1,3] 。

  • 0 处起始的子数组为 [1, 3] ,元素总和为 4
  • 1 处起始的子数组为 [3, 1] ,元素总和为 4
  • 2 处起始的子数组为 [1, 3] ,元素总和为 4
  • 3 处起始的子数组为 [3, 1] ,元素总和为 4

示例 2:

输入:arr = [2,5,5,7], k = 3
输出:5
解释:在下标为 0 的元素那里执行三次运算,使其等于 5 。在下标为 3 的元素那里执行两次运算,使其等于 5 。
执行运算后,数组变为 [5,5,5,5] 。

  • 0 处起始的子数组为 [5, 5, 5] ,元素总和为 15
  • 1 处起始的子数组为 [5, 5, 5] ,元素总和为 15
  • 2 处起始的子数组为 [5, 5, 5] ,元素总和为 15
  • 3 处起始的子数组为 [5, 5, 5] ,元素总和为 15

提示:

  • 1 < = k < = a r r . l e n g t h < = 1 0 5 1 <= k <= arr.length <= 10^5 1<=k<=arr.length<=105
  • 1 < = a r r [ i ] < = 1 0 9 1 <= arr[i] <= 10^9 1<=arr[i]<=109

解法:裴蜀定理 + 中位数贪心

如题 a r r arr arr 是一个元素个数为 n n n循环数组,即它的周期为 n n n

题目要求 a r r arr arr ,长度为 k k k 的子数组和相等,即:

a i + a i + 1 + a i + 2 + . . . + a i + k − 1 = a i + 1 + a i + 2 + a i + 3 + . . . + a i + k − 1 + a i + k a_{i} + a_{i+1} + a_{i+2} + ... + a_{i+k-1} = a_{i+1} + a_{i+2}+a_{i+3}+...+a_{i+k-1}+a_{i+k} ai+ai+1+ai+2+...+ai+k1=ai+1+ai+2+ai+3+...+ai+k1+ai+k

将两边化简得:

a i = a i + k a_{i} = a_{i+k} ai=ai+k

k k k 也是 a r r arr arr的周期。

根据结论:一个循环数组如果既有周期 n n n ,又有周期 k k k ,那么一定有周期 g = g c d ( n , k ) g = gcd(n,k) g=gcd(n,k)

所以我们可以将原数组 a r r arr arr 的下标 i i i,按 i % g i \% g i%g 分到若干组内。对于每一组,我们分别求让整个组元素都相同的最小操作次数。

要求最小次数,我们需要先对每一个组排序,让组内的每个元素,减去组内的中位数,即是最小操作次数。

这里我们可以使用 快速排序 ,快速求中位数。

时间复杂度: O ( n l o g n ) O(nlogn) O(nlogn)

C++代码:


using LL = long long;

class Solution {
public:
    long long makeSubKSumEqual(vector<int>& arr, int k) {
        int n = arr.size();

        int g = gcd(n,k);
        vector<vector<int>> a(n);
        for(int i = 0;i < n;i++){
            a[i % g].push_back(arr[i]);
        };

        LL ans = 0;
        for(auto &b:a){
            int len = b.size();
            // 快速排序求中位数
            nth_element(b.begin(),b.begin() + len / 2,b.end());
            for(auto x:b){
                ans += abs(x - b[len/2]);
            }
        }

        return ans;
    }
};

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