LeetCode题练习与总结:寻找旋转排序数组中的最小值Ⅱ--154

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。

示例 1:

输入:nums = [1,3,5]
输出:1

示例 2:

输入:nums = [2,2,2,0,1]
输出:0

提示:

  • n == nums.length
  • 1 <= n <= 5000
  • -5000 <= nums[i] <= 5000
  • nums 原来是一个升序排序的数组,并进行了 1 至 n 次旋转

二、解题思路

要解决这个问题,我们可以使用二分查找的变种。由于数组最初是排序的,旋转之后,数组被分为两部分,每部分都是有序的。我们的任务是找到这两部分之间的边界,即找到最小值。

解题思路如下:

1. 初始化两个指针,left指向数组的起始位置,right指向数组的末尾位置。

2. 当left < right时,进行循环:

  • 计算中间位置mid
  • 如果nums[mid] > nums[right],说明最小值一定在mid的右侧,因此我们将left设置为mid + 1
  • 如果nums[mid] < nums[right],说明mid可能是最小值,或者最小值在mid的左侧,我们将right设置为mid
  • 如果nums[mid] == nums[right],我们无法确定最小值是在左侧还是右侧,但我们可以缩小查找范围,将right减一。

3. 当循环结束时,leftright指向同一个位置,该位置即为最小值所在的位置。

三、具体代码

class Solution {
    public int findMin(int[] nums) {
        int left = 0, right = nums.length - 1;
        while (left < right) {
            int mid = left + (right - left) / 2;
            if (nums[mid] > nums[right]) {
                left = mid + 1;
            } else if (nums[mid] < nums[right]) {
                right = mid;
            } else {
                // 当nums[mid]和nums[right]相等时,无法判断最小值是在左侧还是右侧
                // 此时可以将right左移一位,缩小查找范围
                right--;
            }
        }
        // 循环结束时,left和right指向同一个位置,该位置即为最小值所在的位置
        return nums[left];
    }
}

四、时间复杂度和空间复杂度

1. 时间复杂度
  • 我们使用的是二分查找的方法,每次迭代都会将搜索区间减半。
  • 在最坏的情况下,每次迭代都会将搜索区间的大小减少一个元素,直到找到最小元素或者搜索区间为空。
  • 假设数组的长度为n,那么最多需要执行log2(n)次迭代,因为每次迭代都会将搜索区间减半。
  • 因此,时间复杂度为O(log n),其中n是数组的长度。
2. 空间复杂度
  • 我们在这个算法中只使用了几个变量来存储索引值(left, right, mid),不管输入数组的大小如何,这些变量所占用的空间都是固定的。
  • 我们没有使用额外的数据结构来存储数组中的元素或者数组的副本。
  • 因此,空间复杂度为O(1),即常数空间复杂度。

综上所述,这个算法的时间复杂度是O(log n),空间复杂度是O(1)。

五、总结知识点

  1. 二分查找算法:这是一种在有序数组中查找特定元素的搜索算法,通过将数组分为两半来减少搜索空间,从而提高搜索效率。

  2. 循环条件:使用while (left < right)作为循环条件,确保循环在leftright指针相遇时结束。

  3. 计算中点:使用int mid = left + (right - left) / 2;来计算中点,避免直接使用(left + right) / 2可能导致的整数溢出问题。

  4. 比较和赋值操作:通过比较nums[mid]nums[right]的值来决定是向左查找还是向右查找,或者是在无法确定最小值位置时将right左移一位。

  5. 边界条件处理:当nums[mid]nums[right]相等时,无法确定最小值是在左侧还是右侧,此时通过将right--来缩小查找范围,这是一种处理重复元素的策略。

  6. 返回最小值:当循环结束时,leftright指向同一个位置,该位置的值即为数组中的最小值。

以上就是解决这个问题的详细步骤,希望能够为各位提供启发和帮助。

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