剑指 Offer 11. 旋转数组的最小数字

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1、题目

把一个数组最开始的若干个元素搬到数组的末尾,我们称之为数组的旋转。

给你一个可能存在 重复 元素值的数组 numbers ,它原来是一个升序排列的数组,并按上述情形进行了一次旋转。请返回旋转数组的最小元素。例如,数组 [3,4,5,1,2][1,2,3,4,5] 的一次旋转,该数组的最小值为1。

示例 1:

输入:[3,4,5,1,2]
输出:1

示例 2:

输入:[2,2,2,0,1]
输出:0

2、思路

(二分) O(logn)O(logn)

为了便于分析,我们先将数组中的数画在二维坐标系中,横坐标表示数组下标,纵坐标表示数组数值,如下所示: image-20211115105715857.png

我们发现除了最后水平的一段(黄色水平那段)之外,其余部分满足二分性质:竖直虚线左边的数满足 nums[i]≥nums[0],而竖直虚线右边的数满足nums[i]< nums[0],分界点就是整个数组的最小值。

所以我们先将最后水平的一段删除,这样数组就具有了二分性,因此可以二分出最小值的位置。

为什么要删除最后水平的一段?

由于nums数组中可能存在 重复 元素值,比如nums = {2, 2, 0, 1, 2},如果我们不将最后水平的一段删除,那么如上图所示,那么竖直虚线左边的数满足 nums[i]≥nums[0],竖直虚线右边的数满足nums[i]<= nums[0],这样就不满足数组的二段性了。在二分遇到nums[0]这样的特殊值时,无法坚定的选择一边,而二分的条件就是数组满足二段性,即数组的某种性质在左半部分和右半部分严格互斥。

过程如下:

  • 1、在[l,r]区间中,l = 0, r = nums.size() - 1,我们去二分< num[0]的最左边界。
  • 2、为了保证二分性,我们先将最后水平的一段删除。
  • 3、当nums[mid] < nums[0]时,往左边区域找,r = mid。

image-20210330211317780.png

  • 4、当nums[mid] >= nums[0]时,往右边区域找,l = mid + 1

image-20210727163554876.png

  • 5、当l == r,只剩下一个数时,就是最小值的位置,我们返回nums[r]

细节:

  • 当数组完全单调时,第一个数nums[0]最小,我们直接返回即可。

时间复杂度分析: 二分查找,所以时间复杂度是 O(logn)。

3、c++代码

 class Solution {
 public:
     int minArray(vector<int>& nums) {
         int l = 0, r = nums.size() - 1;
         while(l < r && nums[0] == nums[r] ) r--; //去除最后水平的一段
         if(nums[r] >= nums[l]) return nums[0];   //数组单调,直接返回nums[0]
         while(l < r){  //二分 < nums[0]的最左边界
             int mid = l + r >> 1;
             if(nums[mid] < nums[0]) r = mid;
             else l = mid + 1;
         }
         return nums[r];
     }
 };

4、Java代码

class Solution {
    public int minArray(int[] numbers) {
        int i = 0, j = numbers.length - 1;
        while (i < j) {
            int m = (i + j) / 2;
            if (numbers[m] > numbers[j]) i = m + 1;
            else if (numbers[m] < numbers[j]) j = m;
            else j--;
        }
        return numbers[i];
    }
}