前缀求和(前缀和与对数器与二分法)
1. 前缀和
假设有一个数组 ,我们想大量频繁的去访问L到R这个区间的和 ,我们该怎么快速的得出 。
如果我们每次都遍历一遍累加这样就太慢了 。我们可以开辟一个数组,把每个位置的和加在一起存进去。
如果我们要找的L到R中 ,L是0 。那么[L ,R]的和就为H[R] ,如果L不为0 ,那么[L ,R]的和就为H[R]-H[L-1] 。这样我们找前缀和就会快很多 。代码实现如下:
2. 对数器
假设我们有一个函数f1是生成1-5的随机数 ,我们怎么用它去设置1-7的随机数函数
?
第一步:将这个1-5的随机数改成只有0 ,1对数器。
这里的意思是:如果是1和2那么就设置成0 ,如果是4和5就设置成1 ,如果是3就重新生成 。第二步:用0,1对数器改造一个0-7的随机函数
。
我们调用三次f2 ,然后移位就能拥有000-111的一个取值范围 。第三步:用0-7的随机函数 ,对构造一个1-7的生成器
。
我们也可以验证一下:
3. 二分查找
二分有两种写法,一种是右边是闭区间 ,一种是右边是开区间 。这两种的写法也是有一些差别的。
首先 ,说一下右边是闭区间:
如果右边是闭区间,那么right的下标就是n-1 。
如果我们想查找8这个数 ,我们先算出第一个中间位置left+((right-left)>>1) ,这个等同于(left+right)/2 。所以mid=5 ,下标5的数比8小 ,我们就left=mid+1 ,往后走一步。
我们再继续算mid=8 ,下标为8的数据是6比8小 ,mid继续+1 。
继续算mid=10 ,下标10的数据是9比8大 ,所以让right=mid-1 。
此时,left和right相等 ,继续查找。mid=9 ,下标9的数据是8,就查找到了 。代码实现: 右边是开区间:
如果右边是开区间 ,那么right就是n 。
如果我们想要查找3 ,那么mid=(0+12)/2就是6,下标为6的数据是4 ,比3大 ,因为右边是开区间 ,如果我们还是right=mid-1 ,那么right就是5 ,5是开区间 ,就找不到3了 。所以我们要让right=mid 。
然后继续算mid=(0+6)/2 ,就为3 。下标3的数是2比3小 ,就让left=mid+1 。
继续算mid=(4+6)/2 ,就为5,下标为5的数据是3就找到了 。
这里的循环条件是left<right就继续找 ,如果left==right就结束 ,因为是左闭右开,假设[5 ,5)就已经没有数据可以取了 。代码实现:
3.1 二分的变形
3.1.1 第一种变形
在一个有序数组中 ,找>=某个数最左侧的位置
。
如果我们要找>=3的最左侧的数,我们该怎么找呢?先找出mid=(0+10)/2 ,为5 ,下标为5的数据是4>=3 ,所以我们用index记录下标4。然后继续right=mid-1 ,继续二分 。
mid=(0+4)/2 ,为2 ,下标为2的数据是2<3 ,index不变 ,让left=mid+1 。
继续二分 ,mid=(3+4)/2,为3 ,下标为3的数是3>=3 ,将index改成3。然后让right=mid-1 。
这样left和right都到下标3的位置,在继续二分一遍 ,下标还是3 ,让right=mid-1 。然后left>right,循环结束。代码实现:
找<=right的最右侧也是相同的道理:
3.1.2 第二种变形
我们要知道 ,有序一定二分 ,但不在有序的情况下 ,我们有时候也可以使用二分 。
局部最小值问题:在一个无序数组里 ,正数 ,负数 ,0都可能存在 ,但是相邻的两个数一定不相等 。然后给我返回一个局部最小的位置。
第一种情况:如果下标0位置上的数小于1位置上的数 ,就叫做局部最小 。
第二种情况:如果下标N-1位置上的数小于N-2位置上的数 ,就叫做局部最小 。
第三种情况:中间位置上的数,既要比左边小 ,也要比右边小 ,才叫局部最小 。思路:
如果前两种情况都不满足,说明它是这样的一共情况:
中间是相邻两个不相等的 ,所以中间一定有局部最小 。我们先求出mid 。
如果mid比mid-1的数据大 。
说明左边一定存在局部最小 ,右边就不看了,直接去左边找。如果mid比mid+1的数据大 。
说明右边一定存在局部最小 ,左边就可以不看了 。当mid不比左变大也不比右边大 ,说明mid就是局部最小 ,这里我们也成功使用了二分法。
代码实现:
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