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2023-07-26 10:57:40 +08:00
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commit f8f7086196
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+48
View File
@@ -305,6 +305,30 @@ comments: true
}
```
=== "Rust"
```rust title="binary_search.rs"
/* 二分查找(双闭区间) */
fn binary_search(nums: &[i32], target: i32) -> i32 {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
let mut i = 0;
let mut j = nums.len() - 1;
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i > j 时为空)
while i <= j {
let m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if nums[m] < target { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
} else if nums[m] > target { // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
} else { // 找到目标元素,返回其索引
return m as i32;
}
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```
时间复杂度为 $O(\log n)$ 。每轮缩小一半区间,因此二分循环次数为 $\log_2 n$ 。
空间复杂度为 $O(1)$ 。指针 `i` , `j` 使用常数大小空间。
@@ -572,6 +596,30 @@ comments: true
}
```
=== "Rust"
```rust title="binary_search.rs"
/* 二分查找(左闭右开) */
fn binary_search_lcro(nums: &[i32], target: i32) -> i32 {
// 初始化左闭右开 [0, n) ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
let mut i = 0;
let mut j = nums.len();
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i = j 时为空)
while i < j {
let m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if nums[m] < target { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
} else if nums[m] > target { // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m - 1;
} else { // 找到目标元素,返回其索引
return m as i32;
}
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```
如下图所示,在两种区间表示下,二分查找算法的初始化、循环条件和缩小区间操作皆有所不同。
在“双闭区间”表示法中,由于左右边界都被定义为闭区间,因此指针 $i$ 和 $j$ 缩小区间操作也是对称的。这样更不容易出错。因此,**我们通常采用“双闭区间”的写法**。
+48
View File
@@ -288,6 +288,30 @@ comments: true
}
```
=== "Rust"
```rust title="binary_search_edge.rs"
/* 二分查找最左一个元素 */
fn binary_search_left_edge(nums: &[i32], target: i32) -> i32 {
let mut i = 0;
let mut j = nums.len() as i32 - 1; // 初始化双闭区间 [0, n-1]
while i <= j {
let m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if nums[m as usize] < target {
i = m + 1; // target 在区间 [m+1, j] 中
} else if nums[m as usize] > target {
j = m - 1; // target 在区间 [i, m-1] 中
} else {
j = m - 1; // 首个小于 target 的元素在区间 [i, m-1] 中
}
}
if i == nums.len() as i32 || nums[i as usize] != target {
return -1; // 未找到目标元素,返回 -1
}
i
}
```
## 10.2.3. &nbsp; 查找右边界
类似地,我们也可以二分查找最右边的 `target` 。当 `nums[m] == target` 时,说明大于 `target` 的元素在区间 $[m + 1, j]$ 中,因此执行 `i = m + 1` **使得指针 $i$ 向大于 `target` 的元素靠近**。
@@ -524,6 +548,30 @@ comments: true
}
```
=== "Rust"
```rust title="binary_search_edge.rs"
/* 二分查找最右一个元素 */
fn binary_search_right_edge(nums: &[i32], target: i32) -> i32 {
let mut i = 0;
let mut j = nums.len() as i32 - 1; // 初始化双闭区间 [0, n-1]
while i <= j {
let m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if nums[m as usize] < target {
i = m + 1; // target 在区间 [m+1, j] 中
} else if nums[m as usize] > target {
j = m - 1; // target 在区间 [i, m-1] 中
} else {
i = m + 1; // 首个大于 target 的元素在区间 [m+1, j] 中
}
}
if j < 0 || nums[j as usize] != target {
return -1; // 未找到目标元素,返回 -1
}
j
}
```
观察下图,搜索最右边元素时指针 $j$ 的作用与搜索最左边元素时指针 $i$ 的作用一致,反之亦然。也就是说,**搜索最左边元素和最右边元素的实现是镜像对称的**。
![查找最左边和最右边元素的对称性](binary_search_edge.assets/binary_search_left_right_edge.png)
@@ -208,6 +208,24 @@ comments: true
}
```
=== "Rust"
```rust title="two_sum.rs"
/* 方法一:暴力枚举 */
pub fn two_sum_brute_force(nums: &Vec<i32>, target: i32) -> Option<Vec<i32>> {
let size = nums.len();
// 两层循环,时间复杂度 O(n^2)
for i in 0..size - 1 {
for j in i + 1..size {
if nums[i] + nums[j] == target {
return Some(vec![i as i32, j as i32]);
}
}
}
None
}
```
此方法的时间复杂度为 $O(n^2)$ ,空间复杂度为 $O(1)$ ,在大数据量下非常耗时。
## 10.3.2. &nbsp; 哈希查找:以空间换时间
@@ -462,6 +480,24 @@ comments: true
}
```
=== "Rust"
```rust title="two_sum.rs"
/* 方法二:辅助哈希表 */
pub fn two_sum_hash_table(nums: &Vec<i32>, target: i32) -> Option<Vec<i32>> {
// 辅助哈希表,空间复杂度 O(n)
let mut dic = HashMap::new();
// 单层循环,时间复杂度 O(n)
for (i, num) in nums.iter().enumerate() {
match dic.get(&(target - num)) {
Some(v) => return Some(vec![*v as i32, i as i32]),
None => dic.insert(num, i as i32)
};
}
None
}
```
此方法通过哈希查找将时间复杂度从 $O(n^2)$ 降低至 $O(n)$ ,大幅提升运行效率。
由于需要维护一个额外的哈希表,因此空间复杂度为 $O(n)$ 。**尽管如此,该方法的整体时空效率更为均衡,因此它是本题的最优解法**。