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你知道“二分”,那你知道“三路切分”吗?

来源: 责编: 时间:2023-10-10 18:30:28 175观看
导读在这里核心就是算法思想叫做"三路切分"。 “三路切分” 曾是 EMC 面试中的常客,这个名词听起来很高大上,但是简单来说就是将数组切分成三部分。 我再回忆一下“快速排序”算法。// 交换数组中两个元素的值 function swa

在这里核心就是算法思想叫做"三路切分"。 “三路切分” 曾是 EMC 面试中的常客,这个名词听起来很高大上,但是简单来说就是将数组切分成三部分。 我再回忆一下“快速排序”算法。dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

// 交换数组中两个元素的值 function swap(a, i, j) {  const temp = a[i];  a[i] = a[j];  a[j] = temp;}function qsort(a, b, e) {  // 边界处理  if (b >= e || b + 1 >= e) {    return;  }    // 第一步:划分子结构  const mid = b + ((e - b) >> 1);    // 第二步:找到根节点,获取信息  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:将根节点信息传递给左右子数组  qsort(a, b, l);  qsort(a, i, e);}// 主函数,将数组nums排序 function  quickSort(nums) {  if (nums == null)    return;  qsort(nums, 0, nums.length);    return nums;}

那为什么需要“三路切分”,它的意义是什么?这里看一个例子:dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

输入:[2, 1, 0]输出:[0, 1, 2]如何只通过 swap 操作,将这个数组进行排序?要求:你的时间复杂度需要是 O(N),空间复杂度需要是 O(1)。

在快速排序的时候,我们通过一个整数 x 将数组切分成小于、等于、大于三部分。问题的关键就是如何在时间复杂度 O(N),空间复杂度 O(1) 条件下完成这个操作。dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

对于快速排序而言,通过一个整数 x 将数组切分成:dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

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

本质上来说,其实包含四部分:dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

  • 小于 x 部分;
  • 等于 x 的部分;
  • 还未处理数的部分;
  • 大于 x 的部分;

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我们假设这四部分分别对于四个区间:dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

  • 小于 x 部分:[0, l);
  • 等于 x 的部分[l, i);
  • 还未处理数的部分[i, r];
  • 大于 x 的部分(r, length);

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在进行排序是,我们划分结构读取的是 [i, r) 区间的值。 在 [i, r) 区间中的值 x 取值只可能是下面 3 种情况:dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

  • x 属于 [0, l) 区间;
  • x 属于 [l, i) 区间;
  • x 属于 (r, length) 区间;

快速排序的目的就是将[i, r]区间的取,全部插入到其他区间,完成排序操作。dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

1. x 属于 [0, l) 区间

如果 x 属于 [0, l) 区间,那么我们就需要将 x 插到 [0, l) 区间。dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

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将 x 插入到 [0, l) 这个区间除了像插入排序一样一个一个地移动,还有没有更好的办法呢?dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

答案是,有,我并不需要一个一个移动!因为 [l, i) 区间里面全都是等于 x 的部分,只需要将的 nums[l] 与 nums[i] 进行交换即可。这就回答了第一个问题?为什么我们在节点排序处理是通过 swap 操作?dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

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这时候整个[l, i) 区间整体向右平移一步,整个[i, r) 区间也整体向右平移一步。所以需要执行 l++, i++。dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

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

2. 如果 x 属于 [l, i) 区间

如果 x 属于 [l, i) 区间,也就是等于 x 的部分,那么我们就需要将 x 插到 [l, i) 区间,这里就比较简单了,只需要为  [l, i) 区间扩展一下就好了。相当于在  [l, i) 区间添加了一个元素,所以需要执行  i++。dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

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

3. 如果 x 属于 (r, length) 区间

如果 x 属于 (r, length) 区间,也就是大于 x 的部分,那么我们就需要将 x 插到  (r, length) 区间,相当于 (r, length)区间向左平移了一步,这时候 r--。dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

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

最终状态:所有的数都被处理之后,[i, r] 区间肯定为空集。由于两边都是取闭,那么必然当 i > r 的时候,[i, r] 才是空集。原本的四个区间,变成三个区间。dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

  • [0, l)  小于 x 的区间
  • [l, i)  等于 x 的区间
  • [i, length) 大于 x 的区间。

注意此时由于 i > r,实际上 i = r + 1,那么区间 (r, length) 就是 [i, length)。 由于最终状态是将一个乱序的数组切分成三部分,所以这个方法又叫三路切分。dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

接下来我们看一个例子:dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

列1:只出现一次的数字

给你一个 非空 整数数组 nums ,除了某个元素只出现一次以外,其余每个元素均出现两次。找出那个只出现了一次的元素。 你必须设计并实现线性时间复杂度的算法来解决此问题,且该算法只使用常量额外空间。dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

示例 1 :输入:nums = [2,2,1]输出:1示例 2 :输入:nums = [4,1,2,1,2]输出:4示例 3 :输入:nums = [1]输出:1

这道题目想想用“三路切分”如何实现?dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

任意选中一个数字 x ,将数组分成三份,那么是不是会出现三种情况?dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

  • 第一种:只出现一次的数字在 x 左边,那么左边区域的长度为奇数,因为其他的数都是出现了两次。
  • 第二种:选中的 x 就是只出现一次的数组,左右两边区间长度都为偶数。
  • 第三种:只出现一次的数在右边,那么右区间的长度为奇数。

通过分析可知 3 种情况中,只有第二种情况得到了结果。而第一种情况只出现 1 次的数在左区间时,只需要递归地处理左区间;第三种情况只出现 1 次的数在右区间时,只需要递归地处理右区间。dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

function swap(A, i, j) {  const t = A[i];  A[i] = A[j];  A[j] = t;}function threeSplit(a, b, e) {  // 边界情况  if (b >= e) {      return 0;    }  /*********************核心代码****************************/  // 第一步:划分子结构  const mid = b + ((e - b) >> 1);  // 第二步:获取根节点信息 x  const x = a[mid];  // 根据 x 将数组一分为三 【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:将根节点的信息传递左右子子树  // 切分完毕之后,只有三个区间  // [b, l) [l, i) [i, N)  // 中间区间  if ((i - l) === 1) {    return a[l]  }  // 左区间  if (((l - b) % 2) == 1) {    return threeSplit(a, b, l);  }  // 右区间  return threeSplit(a, i, e);  /*********************核心代码****************************/}// 主函数function main(nums) {  if (nums == null || nums.length <= 0) {    return 0;  }  return threeSplit(nums, 0, nums.length);}

总结

尽管与位运算相比,这种解法算不上最优,不过也不失一种有趣的解法。数组其实是另外一种形式的二叉树,只不过有时候需要我们动态地把左/右子树给切分出来,不同的切分方式,可以解决不同的问题。dTL28资讯网——每日最新资讯28at.com

参考

  • 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

本文链接:http://www.28at.com/showinfo-26-12682-0.html你知道“二分”,那你知道“三路切分”吗?

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