剑指offer面试题29：数组中出现次数超过一半的数字

Posted 2021-03-09 knis

题目：数组中有一个数字出现的次数超过数组长度的一般，请找出这个数字，例如输入一个长度为9的数组（1，2，3，2，2，2，5，4，2，）。由于数字2在数组中出现了5次，超过数组长度的一半，因此输出2。

个人第一眼想法是通过一个sort函数，再判断中间那数出现次数，只要出现多于n/2，就直接输出。

一般来说，最为直观的算法面试官都不会满意，那么有没有更优的算法呢？

这种算法是受快速排序算法的启发。在随机快速排序算法中，我们现在数组中随机选择一个数字，然后调整数组中数字的顺序，使得比选中的数字小的数字都排在它的左边，比选中的数字大的数字都排在它的右边。如果这个选中的数字的下标刚好是n/2，那么这个数字就是数组的中位数。如果它的下标大于n/2，那么中位数应该位于它的左边，我们可以接着在它的左边部分的数组中查找。如果它的下标小于n/2，那么中位数应该位于它的右边，我们可以接着在它的右边部分的数组中查找。这是一个典型的递归过程，实现代码如下：

 1 int MoreThanHalfNum_Solution(vector<int> numbers) 
 2 {
 3     int length = numbers.size();
 4     if (numbers.empty() || length<0)
 5         return 0;
 6 
 7     int begin = 0;
 8     int end = length - 1;
 9     int middle = length >> 1;
10     int index = 0; 
11     //利用
12     while (begin<end)
13     {
14         index = Partition(numbers, begin, end);
15         if (index == middle)
16         {
17             break;
18         }
19         else if (index > middle)
20         {
21             end = index - 1; //则值在左边部分的数组。
22         }
23         else
24         {
25             begin = index + 1;//则值在右边部分的数组。
26         }
27     }
28     //检查该值是否超过数组长度的一半
29     int cnt = 0;
30     for (int i = 0; i < length; ++i)
31     {
32         if (numbers[index] == numbers[i])
33             cnt++;
34     }
35     if (cnt * 2 > length) return numbers[index];
36 
37     return 0;
38 }

 

一.基于partition函数的O（n）算法

算法一

partition函数思路：

• 使用第一个数组元素作为枢轴点，即为pivot；
• 使用一个指针去扫描整个数组，凡是小于pivot的全部放到数组左端；
• 最后将pivot放到数组中间的位置，pivot左边全部都是小于它的数字，右边反之，最后返回pivot的位置信息；

 

 

 

 代码如下：

 1 void swap(int &x, int &y)
 2 {
 3     int t = x;
 4     x = y;
 5     y = t;
 6 
 7 }
 8 int partition(vector<int> &nums, int begin, int end)
 9 {
10     int pivot = nums[begin];//枢轴(也可以是在begin和end之间的随机数)
11     // Last position where puts the no_larger element.
12     //凡是小于pivot的全部放到数组左端,pos指向<枢轴值的最后一个
13     //pos++指向不满足条件的（用于交换，将满足条件的换过来)
14     int pos = begin;
15     for (int i = begin + 1; i < end; ++i)
16     {
17         if (nums[i] < pivot)
18         {
19             pos++;
20             if (i != pos) //避免自身交换
21                 swap(nums[pos], nums[i]);
22         }
23 
24     }
25     swap(nums[pos], nums[begin]);
26     return pos;
27 }

算法分析
这种实现思路比较直观，但是其实并不高效。从直观上来分析一下，每个小于pivot的值基本上（除非到现在为止还没有遇见大于pivot的值）都需要一次交换，大于pivot的值（有可能需要被交换多次才能到达最终的位置。

算法二

算法思路

• 就如快速排序中最常使用的那样，使用两个指针分别从头部和尾部进行扫描，头部遇到大于pivot的数和尾部遇到小于pivot的数进行交换；
• 使用了两个指针，效率更高一点；避免使用swap函数

如果我们考虑用 Two Pointers 的思想，保持头尾两个指针向中间扫描，每次在头部找到大于pivot的值，同时在尾部找到小于pivot的值，然后将它们做一个交换，就可以一次把这两个数字放到最终的位置。一种比较明智的写法如下：

//Two Pointers思想的分割函数(begin为0,end为n-1)
int Partition(vector<int> &nums, int begin, int end)
{
    int pivot = nums[begin];//第一个记录作为枢轴(也可是在begin和end之间的随机数)
    while (begin < end)
    {
        while (begin < end && nums[end] >= pivot)
        {
            end--;
        }
        nums[begin] = nums[end];//尾部找到小于pivot的值,移到低端

        while (begin < end && nums[begin] <= pivot)
        {
            begin++;
        }
        nums[end] = nums[begin];//头部找到大于pivot的值,移到高端
    }

    nums[begin] = pivot;//枢轴基准归位

    return begin;
}

算法分析：赋值操作不多，效率会更高

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二分Partition算法

快速排序算法

void quickSort(vector<int> &nums, int begin, int end)
{

    if (begin >= end) return;

    int index = partition(nums, begin, end);
    if (index>begin)
        quickSort(nums, begin, index-1);
    if (index<end)
        quickSort(nums, index+1, end);
}
调用：
quickSort(vec, 0, vec.size()-1); //end为n-1

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