两个有序数组中的第K个元素

给定两个有序的数组,长度分别为m和n,求这两个数组中的第K个元素。

 

 

问题分析:

 

1. 把 A 平均分为前后两个部分,前部分有 x 个元素,后部分有 n-x 个元素(由于 A 是有序的,所以后一部分的所有元素都大于前一部分)。A[x] 为 A 的后一部分中的第一个元素。

 

2. 同理把 B 也平均分成前后两个部分,前部分有 y 个元素,后部分有 m-y 个元素。B[y] 是 B 的后一部分中的第一个元素。

 

3. 由于两个数组都是被平均分割的,所以可以近似地认为 x = n/2, y = m/2。这里不妨设 A[x] <= B[y](如果 A[x] > B[y] 处理过程和下面类似): 

 

 

情况1:

 

由于在 A 中,A[x] 前面有 x 个元素,在 B 中,B[y] 前面有 y 个元素,并且又有 A[x] <= B[y],那么,合并以后,A[x]前面原来那些元素必然也在B[y]前面。也就是说,B[y]前面至少会有 x + y 个元素,我们再规定如果 A, B 中有相同元素,则合并后 A 中的元素排在 B 前面,那么归并以后 A[x] 也会排在 B[y] 前面,于是,合并之后 B[y] 至少有 x+y+1 个元素。 

 

如果 k <= x+y+1,也就是说,合并后第 k 个元素必然落在 B[y] 前面。所以,原来在 B 数组中的后一部分(B[y]以及 B[y] 之后)那些元素都不可能包含我们要找到内容(第 k 大元素),所以我们可以把他们排除掉。这样就排除了 B 中一半的内容。 

 


情况2:

 

在 A 中,A[x] 及其后面有 n-x 个元素,除去 A[x] 之后有 n-x-1 个元素,B[y] 及其后面有 m-y 个元素。那么,由于 A[x] <= B[y],所以合并起来之后,B[y] 后面那些元素必然也在 A[x] 后面,则合并后 A[x] 后面至少有(n-x-1) + (m-y) = (n+m)-(x+y+1) 个元素。 

 

如果 k > x+y+1,也就说,合并后第 k 大的元素必然落在 A[x] 后面。所以,原来在 A 数组中,第一部分(A[x]之前)以及 A[x] 都不可能包含我们要找的元素,所以我们可以把他们排除掉。这样就排除了 A 中一半的内容。 

 

 

总结:

 

综上所述,对于 k <= x+y+1 还是 k > x+y+1 我们都提出了解决的方案,并且每种方案都能把 A 或者 B 的规模减小一半。减小了一半之后,我们将其作为一个新的问题继续使用上面的算法处理,直到 A 或者 B 减小到足够小: 

  1. A 没有了,这样只需要找出 B 中第 k 大的元素,也就是 B[k]。
  2. B 没有了,同上结果就是 A[k]。

Java代码  

  1. public class NumX {  
  2.   
  3.     private int[] a;  
  4.     private int[] b;  
  5.       
  6.     public int find(int aLeft, int aRight, int bLeft, int bRight, int k) {  
  7.         int aMid = (aLeft + aRight) / 2;  
  8.         int bMid = (bLeft + bRight) / 2;  
  9.           
  10.         if (aLeft > aRight)  
  11.             return b[bLeft+k-1];  
  12.         if (bLeft > bRight)  
  13.             return a[aLeft+k-1];  
  14.           
  15.         if (a[aMid] <= b[bMid]) {  
  16.             if (k <= (aMid-aLeft) + (bMid-bLeft) + 1)  
  17.                 return find(aLeft, aRight, bLeft, bMid-1, k);  
  18.             else  
  19.                 return find(aMid+1, aRight, bLeft, bRight, k-(aMid-aLeft)-1);  
  20.         } else {  
  21.             if (k <= (aMid-aLeft) + (bMid-bLeft) + 1)  
  22.                 return find(aLeft, aMid-1, bLeft, bRight, k);  
  23.             else  
  24.                 return find(aLeft, aRight, bMid+1, bRight, k-(bMid-bLeft)-1);  
  25.         }  
  26.     }  
  27.       
  28.     public static void main(String[] args) {  
  29.         NumX n = new NumX();  
  30.         n.a = new int[] {146};  
  31.         n.b = new int[] {589};  
  32.         System.out.println(n.find(02023));  
  33.     }  
  34. }  
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