2,数组练习-找多数元素,求缺失的第一个正数

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1,找多数元素

题目:

给定一个大小为 n的数组 nums ,返回其中的多数元素。多数元素是指在数组中出现次数 大于 ⌊ n/2 ⌋ 的元素。

你可以假设数组是非空的,并且给定的数组总是存在多数元素。

解法:

  • 哈希表统计法: 遍历数组 nums ,用 HashMap 统计各数字的数量,即可找出 众数 此方法时间和空间复杂度均为 O(N)

  • 数组排序法: 将数组 nums 排序,数组中点的元素 一定为众数。

  • 摩尔投票法: 核心理念为 票数正负抵消 。此方法时间和空间复杂度分别为 O(N)和 O(1) ,为本题的最佳解法。

摩尔投票: 设输入数组 nums 的众数为 x,数组长度为 n 。 

 推论一: 若记 众数 的票数为 +1 ,非众数 的票数为 −1,则一定有所有数字的 票数和 >0 。 

 推论二: 若数组的前 a个数字的 票数和 =0,则 数组剩余 (n−a)个数字的 票数和一定仍 >0 ,即后 (n−a)个数字的 众数仍为 x。

private static int majorityElement(int[] nums) {    int count = 0;    int candidate = 0;    for (int num : nums) {        if (count == 0) {            candidate = num;        }        count += (num == candidate) ? 1 : -1;    }    return candidate;}

2,求缺失的第一个正数

题目:

给你一个未排序的整数数组 nums ,请你找出其中没有出现的最小的正整数。

请你实现时间复杂度为 O(n) 并且只使用常数级别额外空间的解决方案。

题解:

  • 实际上,对于一个长度为 N 的数组,其中没有出现的最小正整数只能在 [1,N+1]中。这是因为如果 [1,N] 都出现了,那么答案是 N+1,否则答案是 [1,N] 中没有出现的最小正整数。

  • 这样一来,我们将所有在 [1,N] 范围内的数放入哈希表,也可以得到最终的答案。

  • 而给定的数组恰好长度为 N,这让我们有了一种将数组设计成哈希表的思路: 我们对数组进行遍历,对于遍历到的数 x,如果它在 [1,N]的范围内,那么就将数组中的第 x−1 个位置(注意:数组下标从 0 开始)打上「标记」。

  • 在遍历结束之后,如果所有的位置都被打上了标记,那么答案是 N+1,否则答案是最小的没有打上标记的位置加1

  • 那么如何设计这个「标记」呢?由于数组中的数没有任何限制,因此这并不是一件容易的事情。但我们可以继续利用上面的提到的性质:由于我们只在意 [1,N]中的数,因此我们可以先对数组进行遍历,把不在 [1,N] 范围内的数修改成任意一个大于 N 的数(例如 N+1)。这样一来,数组中的所有数就都是正数了,因此我们就可以将「标记」表示为「负号」

算法流程:

  • 第一次遍历我们将数组中所有小于等于0的数据修改为n+1;

  • 这时候数据都为正数,我们继续遍历,将 ∣x∣∈[1,N] 的数据打上标记 就是 将其转为复数。由于是逐个遍历的,后边第n个数据很可能已经被打上标记了,因此需要使用Math.abs(nums[i])  来用绝对值判断

  • 最后遍历数据  如果存在大于0的数据,那么 返回 n+1;  不存在证明 [1,N] 都出现了 返回len+1

    private static int firstMissingPositive(int[] nums) { int len = nums.length; for (int i = 0; i < len; i++) { if (nums[i] <= 0) { nums[i] = len + 1; } } for(int i=0;i<len;i++){ int num = Math.abs(nums[i]); if (num <= len) { nums[num-1] = - Math.abs(nums[num-1]); } } for(int i=0;i<len;i++){ if(nums[i] > -1){ return i+1; } } return len+1;}

题解二:置换

  • 除了打标记以外,我们还可以使用置换的方法,将给定的数组「恢复」成下面的形式: 如果数组中包含 x∈[1,N],那么恢复后,数组的第 x−1 个元素为 x。

  •  在恢复后,数组应当有 [1, 2, ..., N] 的形式,但其中有若干个位置上的数是错误的,每一个错误的位置就代表了一个缺失的正数。

  • 以题目中的示例二 [3, 4, -1, 1] 为例,恢复后的数组应当为 [1, -1, 3, 4],我们就可以知道缺失的数为 2

  • 那么我们如何将数组进行恢复呢?我们可以对数组进行一次遍历,对于遍历到的数 x=nums[i],如果 x∈[1,N],我们就知道 x 应当出现在数组中的 x−1的位置,因此交换 nums[i] 和 nums[x−1],这样 x就出现在了正确的位置。

  •  在完成交换后,新的 nums[i] 可能还在 [1,N]的范围内,我们需要继续进行交换操作,直到 x 不在[1,N] 。

  • 注意到上面的方法可能会陷入死循环。如果 nums[i] 恰好与 nums[x−1]相等,那么就会无限交换下去。此时我们有 nums[i]=x=nums[x−1],说明 已经出现在了正确的位置。因此我们可以跳出循环,开始遍历下一个数。

。  由于每次的交换操作都会使得某一个数交换到正确的位置,因此交换的次数最多为 N,整个方法的时间复杂度为 O(N)。 

private static int firstMissingPositive2(int[] nums) {    int len = nums.length;    for (int i=0;i<len;i++){        while (nums[i]>0 && nums[i]<=len && nums[nums[i]-1]!= nums[i]){            int temp = nums[nums[i]-1];            nums[nums[i]-1]=nums[i];            nums[i] = temp;        }    }    for (int i=0;i<len;i++){        if(nums[i]!=i+1) {            return i + 1;        }    }    return len+1;}