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[数据结构与算法]差分数组 + 二分查找:PIPI种庄稼

作者:recommend-item-box type_blog clearfix

差分数组 + 二分查找:PIPI种庄稼

问题:

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

思路:

??首先我们按高度对庄稼进行排序。接下来,我们设lIndex为第一个大于前一天晚上水位b的庄稼的下标,rIndex为第一个大于当天白天水位a的庄稼的下标,那么在[lIndex,rIndex - 1]区间范围内的庄稼就被淹了一次。在这m天里,我们每天可以使用二分查找来快速求出lIndexrIndex
??如果我们用一个数组A来记录每个庄稼被淹了多少次,一开始A中所有值均为0,lIndex初始也为0(因为最初水位为1,而所有庄稼高度都>1)。那么接下来进行m次操作,每次根据当天水位a与昨天水位b求出一个区间[lIndex,rIndex - 1],对A数组[lIndex,rIndex - 1]区间内的所有数字+1。那么最后只需统计一下A数组中有多少个值是大于等于k的就行了。
??至于m次的区间加一操作,我们可以利用差分数组来实现。从而将该题的时间复杂度降至O(nlogn)

??需要注意的是,我们不能使用Java中的Arrays.binarySearch方法来进行二分查找,为什么?我们不妨看看Arrays.binarySearch方法的源码:
在这里插入图片描述
??源码中使用的是经典的二分查找算法,当key在数组中时,返回其下标,否则返回-(low + 1),low表示若插入key,key所在的下标,也就是第一个>key的数所在的下标,比如:

long[] test = {1, 2, 3, 3, 5, 5};
System.out.println(Arrays.binarySearch(test, 0, 5, 4));

??结果会输出-5,low此时为4
??也就是说,当key不在数组中,我们可以使用Arrays.binarySearch的返回值来间接得到第一个>key的数的下标,我们解题需要的也是这个功能,但key有可能出现在数组中,如果返回的是最后一个等于key的数的下标,那么我们就可以使用Arrays.binarySearch解题了,可是在数组中有重复key的情况下,Arrays.binarySearch的返回值却是不确定的,会返回等于key的其中一个数的下标,该下标可能既不是第一个等于key的数的下标,也不是最后一个等于key的数的下标。比如:

long[] test = {1, 2, 3, 3, 3, 5, 5, 5};
System.out.println(Arrays.binarySearch(test, 0, 8, 3));

在这里插入图片描述
??上述例子中返回的是中间那个3的下标,因此我们不能使用Arrays.binarySearch解题。只能自己实现类似C++中的upperBound函数,返回第一个大于target的元素的下标,若target大于数组中最大的数字,则返回最大的数字下标+1。
??upperBound函数需要做的最重要的事就是当数组中含有重复target时,返回第一个>target的元素下标,而不是像Arrays.binarySearch中去返回target中某元素的下标。其实要做的事情很简单,注意到在Arrays.binarySearch中,midVal < key时,low = mid + 1,也就是说,只有在midVal < key时,才去后半区间寻找,当midVal = key时,就不去后半区间寻找了,而是让左右指针low和high慢慢重合,最后返回key所在的下标。我们要将其修改为返回第一个>target的元素下标其实很简单,将<改为<=就行了,也就是在midVal <= key时,low = mid + 1,这样表示即使我们找到了=key的数,我们也没有达到目的,并继续向后半区间寻找,直到找到第一个midVal > key的数,我们才达到目的,之后让左右指针慢慢重合返回下标即可。
??upperBound函数代码如下:

    // upperBound找到>target的第一个元素下标

    // 找到第一个大于target的元素的下标
    // 如果target大于最大的数字,返回最大的数字
    public static int upperBound(long[] a, int l, int r, long target){
        if (target > a[r-1]) {
            return r;
        }
        while (l < r) {
            int mid = l + ((r - l) >> 1);
            if (target >= a[mid]) {
                l = mid + 1;
            } else{
                r = mid;
            }
        }
        return l;
    }

代码:

import java.util.*;

public class Main {
    static long[] seed = new long[100005];
    static long[] subArray = new long[100005];
    static long[] preSum = new long [100005];
    public static void main(String[] args) {
        int n, m, k, i, rIndex, lIndex, ans = 0;
        long a, b;
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        n = scanner.nextInt();
        m = scanner.nextInt();
        k = scanner.nextInt();
        for (i = 0; i < n; i++) {
            seed[i] = scanner.nextLong();
        }
        Arrays.sort(seed, 0, n);
        Arrays.fill(subArray, 0);
        Arrays.fill(preSum, 0);
        lIndex = 0;
        for (i = 0; i < m; i++) {
            a = scanner.nextLong();
            b = scanner.nextLong();
            rIndex = upperBound(seed, 0, n, a);
            if (lIndex <= rIndex) {
                subArray[lIndex]++;
                if (rIndex < n) {
                    subArray[rIndex]--;
                }
            }

            lIndex = upperBound(seed, 0, n, b);
        }
        preSum[0] = subArray[0];
        for (i = 1; i < n; i++) {
            preSum[i] = subArray[i] + preSum[i - 1];
        }
        for (i = 0; i < n; i++) {
            if (preSum[i] >= k) {
                ans++;
            }
        }
        System.out.println(ans);
    }
    // upperBound找到>target的第一个元素下标

    // 找到第一个大于target的元素的下标
    // 如果target大于最大的数字,返回最大的数字
    public static int upperBound(long[] a, int l, int r, long target){
        if (target > a[r-1]) {
            return r;
        }
        while (l < r) {
            int mid = l + ((r - l) >> 1);
            if (target >= a[mid]) {
                l = mid + 1;
            } else{
                r = mid;
            }
        }
        return l;
    }


}
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加:2022-03-12 17:47:47  更:2022-03-12 17:52:15 
 
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