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你知道“二分”,那你知道“三路切分”嗎?

來源: 責(zé)編: 時間:2023-10-10 18:30:28 268觀看
導(dǎo)讀在這里核心就是算法思想叫做"三路切分"。 “三路切分” 曾是 EMC 面試中的常客,這個名詞聽起來很高大上,但是簡單來說就是將數(shù)組切分成三部分。 我再回憶一下“快速排序”算法。// 交換數(shù)組中兩個元素的值 function swa

在這里核心就是算法思想叫做"三路切分"。 “三路切分” 曾是 EMC 面試中的??停@個名詞聽起來很高大上,但是簡單來說就是將數(shù)組切分成三部分。 我再回憶一下“快速排序”算法。7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

// 交換數(shù)組中兩個元素的值 function swap(a, i, j) {  const temp = a[i];  a[i] = a[j];  a[j] = temp;}function qsort(a, b, e) {  // 邊界處理  if (b >= e || b + 1 >= e) {    return;  }    // 第一步:劃分子結(jié)構(gòu)  const mid = b + ((e - b) >> 1);    // 第二步:找到根節(jié)點(diǎn),獲取信息  const x = a[mid];  let l = b;  let i = b;  let r = e - 1;    while(i <= r) {    if (a[i] < x) {      swap(a, l++, i++);    } else if (a[i] === x) {      i++;    } else {      swap(a, r--, i);    }  }    // 第三步:將根節(jié)點(diǎn)信息傳遞給左右子數(shù)組  qsort(a, b, l);  qsort(a, i, e);}// 主函數(shù),將數(shù)組nums排序 function  quickSort(nums) {  if (nums == null)    return;  qsort(nums, 0, nums.length);    return nums;}

那為什么需要“三路切分”,它的意義是什么?這里看一個例子:7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

輸入:[2, 1, 0]輸出:[0, 1, 2]如何只通過 swap 操作,將這個數(shù)組進(jìn)行排序?要求:你的時間復(fù)雜度需要是 O(N),空間復(fù)雜度需要是 O(1)。

在快速排序的時候,我們通過一個整數(shù) x 將數(shù)組切分成小于、等于、大于三部分。問題的關(guān)鍵就是如何在時間復(fù)雜度 O(N),空間復(fù)雜度 O(1) 條件下完成這個操作。7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

對于快速排序而言,通過一個整數(shù) x 將數(shù)組切分成:7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 小于 x 部分;
  • 等于 x 的部分;
  • 大于 x 的部分;

本質(zhì)上來說,其實(shí)包含四部分:7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 小于 x 部分;
  • 等于 x 的部分;
  • 還未處理數(shù)的部分;
  • 大于 x 的部分;

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我們假設(shè)這四部分分別對于四個區(qū)間:7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 小于 x 部分:[0, l);
  • 等于 x 的部分[l, i);
  • 還未處理數(shù)的部分[i, r];
  • 大于 x 的部分(r, length);

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在進(jìn)行排序是,我們劃分結(jié)構(gòu)讀取的是 [i, r) 區(qū)間的值。 在 [i, r) 區(qū)間中的值 x 取值只可能是下面 3 種情況:7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • x 屬于 [0, l) 區(qū)間;
  • x 屬于 [l, i) 區(qū)間;
  • x 屬于 (r, length) 區(qū)間;

快速排序的目的就是將[i, r]區(qū)間的取,全部插入到其他區(qū)間,完成排序操作。7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

1. x 屬于 [0, l) 區(qū)間

如果 x 屬于 [0, l) 區(qū)間,那么我們就需要將 x 插到 [0, l) 區(qū)間。7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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將 x 插入到 [0, l) 這個區(qū)間除了像插入排序一樣一個一個地移動,還有沒有更好的辦法呢?7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

答案是,有,我并不需要一個一個移動!因?yàn)?[l, i) 區(qū)間里面全都是等于 x 的部分,只需要將的 nums[l] 與 nums[i] 進(jìn)行交換即可。這就回答了第一個問題?為什么我們在節(jié)點(diǎn)排序處理是通過 swap 操作?7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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這時候整個[l, i) 區(qū)間整體向右平移一步,整個[i, r) 區(qū)間也整體向右平移一步。所以需要執(zhí)行 l++, i++。7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

if (a[i] < x) {  swap(a, l++, i++);}

2. 如果 x 屬于 [l, i) 區(qū)間

如果 x 屬于 [l, i) 區(qū)間,也就是等于 x 的部分,那么我們就需要將 x 插到 [l, i) 區(qū)間,這里就比較簡單了,只需要為  [l, i) 區(qū)間擴(kuò)展一下就好了。相當(dāng)于在  [l, i) 區(qū)間添加了一個元素,所以需要執(zhí)行  i++。7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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else if (a[i] === x) {  i++;}

3. 如果 x 屬于 (r, length) 區(qū)間

如果 x 屬于 (r, length) 區(qū)間,也就是大于 x 的部分,那么我們就需要將 x 插到  (r, length) 區(qū)間,相當(dāng)于 (r, length)區(qū)間向左平移了一步,這時候 r--。7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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else {  swap(a, r--, i);}

最終狀態(tài):所有的數(shù)都被處理之后,[i, r] 區(qū)間肯定為空集。由于兩邊都是取閉,那么必然當(dāng) i > r 的時候,[i, r] 才是空集。原本的四個區(qū)間,變成三個區(qū)間。7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • [0, l)  小于 x 的區(qū)間
  • [l, i)  等于 x 的區(qū)間
  • [i, length) 大于 x 的區(qū)間。

注意此時由于 i > r,實(shí)際上 i = r + 1,那么區(qū)間 (r, length) 就是 [i, length)。 由于最終狀態(tài)是將一個亂序的數(shù)組切分成三部分,所以這個方法又叫三路切分。7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

接下來我們看一個例子:7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

列1:只出現(xiàn)一次的數(shù)字

給你一個 非空 整數(shù)數(shù)組 nums ,除了某個元素只出現(xiàn)一次以外,其余每個元素均出現(xiàn)兩次。找出那個只出現(xiàn)了一次的元素。 你必須設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)線性時間復(fù)雜度的算法來解決此問題,且該算法只使用常量額外空間。7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

示例 1 :輸入:nums = [2,2,1]輸出:1示例 2 :輸入:nums = [4,1,2,1,2]輸出:4示例 3 :輸入:nums = [1]輸出:1

這道題目想想用“三路切分”如何實(shí)現(xiàn)?7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

任意選中一個數(shù)字 x ,將數(shù)組分成三份,那么是不是會出現(xiàn)三種情況?7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 第一種:只出現(xiàn)一次的數(shù)字在 x 左邊,那么左邊區(qū)域的長度為奇數(shù),因?yàn)槠渌臄?shù)都是出現(xiàn)了兩次。
  • 第二種:選中的 x 就是只出現(xiàn)一次的數(shù)組,左右兩邊區(qū)間長度都為偶數(shù)。
  • 第三種:只出現(xiàn)一次的數(shù)在右邊,那么右區(qū)間的長度為奇數(shù)。

通過分析可知 3 種情況中,只有第二種情況得到了結(jié)果。而第一種情況只出現(xiàn) 1 次的數(shù)在左區(qū)間時,只需要遞歸地處理左區(qū)間;第三種情況只出現(xiàn) 1 次的數(shù)在右區(qū)間時,只需要遞歸地處理右區(qū)間。7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

function swap(A, i, j) {  const t = A[i];  A[i] = A[j];  A[j] = t;}function threeSplit(a, b, e) {  // 邊界情況  if (b >= e) {      return 0;    }  /*********************核心代碼****************************/  // 第一步:劃分子結(jié)構(gòu)  const mid = b + ((e - b) >> 1);  // 第二步:獲取根節(jié)點(diǎn)信息 x  const x = a[mid];  // 根據(jù) x 將數(shù)組一分為三 【三路切分】  let l = b;  let i = b;  let r = e - 1;  while(i <= r) {      if (a[i] < x) {          // 小于 x 的部分          swap(a, l++, i++);      } else if (a[i] === x) {          // 等于 x 的部分          i++;      } else {          // 大于 x 的部分          swap(a, r--, i);      }  }  // 第三步:將根節(jié)點(diǎn)的信息傳遞左右子子樹  // 切分完畢之后,只有三個區(qū)間  // [b, l) [l, i) [i, N)  // 中間區(qū)間  if ((i - l) === 1) {    return a[l]  }  // 左區(qū)間  if (((l - b) % 2) == 1) {    return threeSplit(a, b, l);  }  // 右區(qū)間  return threeSplit(a, i, e);  /*********************核心代碼****************************/}// 主函數(shù)function main(nums) {  if (nums == null || nums.length <= 0) {    return 0;  }  return threeSplit(nums, 0, nums.length);}

總結(jié)

盡管與位運(yùn)算相比,這種解法算不上最優(yōu),不過也不失一種有趣的解法。數(shù)組其實(shí)是另外一種形式的二叉樹,只不過有時候需要我們動態(tài)地把左/右子樹給切分出來,不同的切分方式,可以解決不同的問題。7cq28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

參考

  • https://kaiwu.lagou.com/course/courseInfo.htm?courseId=685#/detail/pc?id=6697
  • https://leetcode.cn/problems/single-number/description/
  • https://juejin.cn/post/7287473826060304445
  • https://juejin.cn/post/7286307632193273915

本文鏈接:http://www.tebozhan.com/showinfo-26-12682-0.html你知道“二分”,那你知道“三路切分”嗎?

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