2つのソートされた配列の和集合でk番目に小さい要素を見つける方法は？
これは宿題の質問です。彼らは、O(logN + logM)を取ると言います。ここで、NとMは配列の長さです。
配列にaおよびbという名前を付けましょう。明らかに、すべてのa[i]およびb[i]ここで、i> k。
最初にa[k/2]およびb[k/2]。 b[k/2]> a[k/2]。したがって、すべてのb[i]、ここでi> k/2。
これですべてa[i]、ここでi <kおよびすべてb[i]、ここで答えはi <k/2です。
次のステップは何ですか？
あなたはそれを持っています、ただ続けてください！そしてインデックスに注意してください...
少し簡単にするために、NとMが> kであると仮定します。したがって、ここでの複雑さはO（log k）、つまりO（log N + log M）です。
擬似コード：
i = k/2
j = k - i
step = k/4
while step > 0
if a[i-1] > b[j-1]
i -= step
j += step
else
i += step
j -= step
step /= 2
if a[i-1] > b[j-1]
return a[i-1]
else
return b[j-1]
デモンストレーションでは、ループ不変式i + j = kを使用できますが、すべての宿題はしません:)
この質問が出されてから1年以上が経過しているので、宿題には答えないことを望みます。 log（len（a）+ len（b））時間を要する末尾再帰解法を次に示します。
仮定：入力は正しいです。つまり、kは[0、len（a）+ len（b）]の範囲内にあります
基本ケース：
- 配列の1つの長さが0の場合、答えは2番目の配列のk番目の要素です。
削減手順：
aの中間インデックス+bの中間インデックスがkより小さい場合aの中間要素がbの中間要素より大きい場合、bの前半を無視して、kを調整できます。- それ以外の場合は、
aの前半を無視し、kを調整します。
- それ以外の場合、
kがaとb：の中間インデックスの合計より小さい場合aの中間要素がbの中間要素より大きい場合、aの後半を安全に無視できます。- それ以外の場合は、
bの後半を無視できます
コード：
def kthlargest(arr1, arr2, k):
if len(arr1) == 0:
return arr2[k]
Elif len(arr2) == 0:
return arr1[k]
mida1 = len(arr1)/2
mida2 = len(arr2)/2
if mida1+mida2<k:
if arr1[mida1]>arr2[mida2]:
return kthlargest(arr1, arr2[mida2+1:], k-mida2-1)
else:
return kthlargest(arr1[mida1+1:], arr2, k-mida1-1)
else:
if arr1[mida1]>arr2[mida2]:
return kthlargest(arr1[:mida1], arr2, k)
else:
return kthlargest(arr1, arr2[:mida2], k)
私のソリューションは、呼び出しごとに小さな配列の新しいコピーを作成することに注意してください。これは、元の配列の開始インデックスと終了インデックスを渡すだけで簡単に削除できます。
多くの人がこの「2つのソートされた配列のk番目に小さい要素」の質問に答えましたが、通常は一般的なアイデアのみで、明確な作業コードや境界条件分析ではありません。
ここでは、初心者が理解しやすくするために行った方法で慎重に詳しく説明したいと思います。正しい動作Java code。A1とA2はsize1とsize2をそれぞれ長さとして並べた2つのソートされた昇順配列。これら2つの配列の和集合からk番目に小さい要素を見つける必要があります。ここでは、(k > 0 && k <= size1 + size2)、 A1とA2の両方を空にすることはできません。
まず、遅いO(k)アルゴリズムでこの質問にアプローチしましょう。この方法は、両方の配列の最初の要素A1[0]とA2[0]を比較することです。小さい方、ポケットにA1[0]と言ってから、A1[1]とA2[0]を比較するなど、ポケットがk要素に達するまでこのアクションを繰り返します。最初のステップでは、ポケットのA1[0]にのみコミットでき、A2[0] !!!を含めることも除外することもできません。
次のO(k)コードは、正解の前に1つの要素を与えます。ここでそれを使用して、アイデアと分析境界条件を示します。この後、正しいコードがあります。
private E kthSmallestSlowWithFault(int k) {
int size1 = A1.length, size2 = A2.length;
int index1 = 0, index2 = 0;
// base case, k == 1
if (k == 1) {
if (size1 == 0) {
return A2[index2];
} else if (size2 == 0) {
return A1[index1];
} else if (A1[index1].compareTo(A2[index2]) < 0) {
return A1[index1];
} else {
return A2[index2];
}
}
/* in the next loop, we always assume there is one next element to compare with, so we can
* commit to the smaller one. What if the last element is the kth one?
*/
if (k == size1 + size2) {
if (size1 == 0) {
return A2[size2 - 1];
} else if (size2 == 0) {
return A1[size1 - 1];
} else if (A1[size1 - 1].compareTo(A2[size2 - 1]) < 0) {
return A1[size1 - 1];
} else {
return A2[size2 - 1];
}
}
/*
* only when k > 1, below loop will execute. In each loop, we commit to one element, till we
* reach (index1 + index2 == k - 1) case. But the answer is not correct, always one element
* ahead, because we didn't merge base case function into this loop yet.
*/
int lastElementFromArray = 0;
while (index1 + index2 < k - 1) {
if (A1[index1].compareTo(A2[index2]) < 0) {
index1++;
lastElementFromArray = 1;
// commit to one element from array A1, but that element is at (index1 - 1)!!!
} else {
index2++;
lastElementFromArray = 2;
}
}
if (lastElementFromArray == 1) {
return A1[index1 - 1];
} else {
return A2[index2 - 1];
}
}
最も強力なアイデアは、各ループで常にベースケースアプローチを使用することです。現在の最小要素にコミットした後、ターゲットに1ステップ近づきます：k番目の最小要素。真ん中に飛び込んで、混乱したり、迷子になったりしないでください！
上記のコードベースケースk == 1, k == size1+size2を観察し、それと組み合わせるとA1とA2の両方を空にすることはできません。ロジックを以下のより簡潔なスタイルに変えることができます。
遅いが正しい動作コードは次のとおりです。
private E kthSmallestSlow(int k) {
// System.out.println("this is an O(k) speed algorithm, very concise");
int size1 = A1.length, size2 = A2.length;
int index1 = 0, index2 = 0;
while (index1 + index2 < k - 1) {
if (size1 > index1 && (size2 <= index2 || A1[index1].compareTo(A2[index2]) < 0)) {
index1++; // here we commit to original index1 element, not the increment one!!!
} else {
index2++;
}
}
// below is the (index1 + index2 == k - 1) base case
// also eliminate the risk of referring to an element outside of index boundary
if (size1 > index1 && (size2 <= index2 || A1[index1].compareTo(A2[index2]) < 0)) {
return A1[index1];
} else {
return A2[index2];
}
}
これで、O（log k）で実行されるより高速なアルゴリズムを試すことができます。同様に、A1[k/2]とA2[k/2]を比較します。 A1[k/2]が小さい場合、A1[0]からA1[k/2]までのすべての要素がポケットに入れられます。アイデアは、各ループの1つの要素にコミットするだけではありません。最初のステップにはk/2要素が含まれます。繰り返しますが、A2[0]をA2[k/2]に含めたり除外したりすることはできません。そのため、最初のステップでは、k/2要素を超えることはできません。 2番目のステップでは、k/4要素を超えることはできません...
各ステップの後、k番目の要素にずっと近づきます。同時に、(step == 1)、つまり(k-1 == index1+index2)に達するまで、各ステップはどんどん小さくなります。次に、シンプルで強力なベースケースを再度参照します。
正しいコードは次のとおりです。
private E kthSmallestFast(int k) {
// System.out.println("this is an O(log k) speed algorithm with meaningful variables name");
int size1 = A1.length, size2 = A2.length;
int index1 = 0, index2 = 0, step = 0;
while (index1 + index2 < k - 1) {
step = (k - index1 - index2) / 2;
int step1 = index1 + step;
int step2 = index2 + step;
if (size1 > step1 - 1
&& (size2 <= step2 - 1 || A1[step1 - 1].compareTo(A2[step2 - 1]) < 0)) {
index1 = step1; // commit to element at index = step1 - 1
} else {
index2 = step2;
}
}
// the base case of (index1 + index2 == k - 1)
if (size1 > index1 && (size2 <= index2 || A1[index1].compareTo(A2[index2]) < 0)) {
return A1[index1];
} else {
return A2[index2];
}
}
一部の人々は、(index1+index2)がk-1を超えるとどうなるか心配するかもしれません。基本ケース(k-1 == index1+index2)を見逃すことはありますか？それ無理。 0.5 + 0.25 + 0.125を加算できます。1を超えることはありません。
もちろん、上記のコードを再帰アルゴリズムに変えるのは非常に簡単です。
private E kthSmallestFastRecur(int k, int index1, int index2, int size1, int size2) {
// System.out.println("this is an O(log k) speed algorithm with meaningful variables name");
// the base case of (index1 + index2 == k - 1)
if (index1 + index2 == k - 1) {
if (size1 > index1 && (size2 <= index2 || A1[index1].compareTo(A2[index2]) < 0)) {
return A1[index1];
} else {
return A2[index2];
}
}
int step = (k - index1 - index2) / 2;
int step1 = index1 + step;
int step2 = index2 + step;
if (size1 > step1 - 1 && (size2 <= step2 - 1 || A1[step1 - 1].compareTo(A2[step2 - 1]) < 0)) {
index1 = step1;
} else {
index2 = step2;
}
return kthSmallestFastRecur(k, index1, index2, size1, size2);
}
上記の分析とJavaコードが理解に役立つことを願っています。しかし、宿題として私のコードを決してコピーしないでください！乾杯;）
@ lambdapilgrimの解 のC++反復バージョンです（アルゴリズムの説明を参照）：
_#include <cassert>
#include <iterator>
template<class RandomAccessIterator, class Compare>
typename std::iterator_traits<RandomAccessIterator>::value_type
nsmallest_iter(RandomAccessIterator firsta, RandomAccessIterator lasta,
RandomAccessIterator firstb, RandomAccessIterator lastb,
size_t n,
Compare less) {
assert(issorted(firsta, lasta, less) && issorted(firstb, lastb, less));
for ( ; ; ) {
assert(n < static_cast<size_t>((lasta - firsta) + (lastb - firstb)));
if (firsta == lasta) return *(firstb + n);
if (firstb == lastb) return *(firsta + n);
size_t mida = (lasta - firsta) / 2;
size_t midb = (lastb - firstb) / 2;
if ((mida + midb) < n) {
if (less(*(firstb + midb), *(firsta + mida))) {
firstb += (midb + 1);
n -= (midb + 1);
}
else {
firsta += (mida + 1);
n -= (mida + 1);
}
}
else {
if (less(*(firstb + midb), *(firsta + mida)))
lasta = (firsta + mida);
else
lastb = (firstb + midb);
}
}
}
_すべての0 <= n < (size(a) + size(b))インデックスで機能し、O(log(size(a)) + log(size(b)))の複雑さを持ちます。
例
_#include <functional> // greater<>
#include <iostream>
#define SIZE(a) (sizeof(a) / sizeof(*a))
int main() {
int a[] = {5,4,3};
int b[] = {2,1,0};
int k = 1; // find minimum value, the 1st smallest value in a,b
int i = k - 1; // convert to zero-based indexing
int v = nsmallest_iter(a, a + SIZE(a), b, b + SIZE(b),
SIZE(a)+SIZE(b)-1-i, std::greater<int>());
std::cout << v << std::endl; // -> 0
return v;
}
_最初のk個の番号、2つのソートされた配列のk番目の番号、およびn個のソートされた配列の私の試み：
// require() is recognizable by node.js but not by browser;
// for running/debugging in browser, put utils.js and this file in <script> elements,
if (typeof require === "function") require("./utils.js");
// Find K largest numbers in two sorted arrays.
function k_largest(a, b, c, k) {
var sa = a.length;
var sb = b.length;
if (sa + sb < k) return -1;
var i = 0;
var j = sa - 1;
var m = sb - 1;
while (i < k && j >= 0 && m >= 0) {
if (a[j] > b[m]) {
c[i] = a[j];
i++;
j--;
} else {
c[i] = b[m];
i++;
m--;
}
}
debug.log(2, "i: "+ i + ", j: " + j + ", m: " + m);
if (i === k) {
return 0;
} else if (j < 0) {
while (i < k) {
c[i++] = b[m--];
}
} else {
while (i < k) c[i++] = a[j--];
}
return 0;
}
// find k-th largest or smallest number in 2 sorted arrays.
function kth(a, b, kd, dir){
sa = a.length; sb = b.length;
if (kd<1 || sa+sb < kd){
throw "Mission Impossible! I quit!";
}
var k;
//finding the kd_th largest == finding the smallest k_th;
if (dir === 1){ k = kd;
} else if (dir === -1){ k = sa + sb - kd + 1;}
else throw "Direction has to be 1 (smallest) or -1 (largest).";
return find_kth(a, b, k, sa-1, 0, sb-1, 0);
}
// find k-th smallest number in 2 sorted arrays;
function find_kth(c, d, k, cmax, cmin, dmax, dmin){
sc = cmax-cmin+1; sd = dmax-dmin+1; k0 = k; cmin0 = cmin; dmin0 = dmin;
debug.log(2, "=k: " + k +", sc: " + sc + ", cmax: " + cmax +", cmin: " + cmin + ", sd: " + sd +", dmax: " + dmax + ", dmin: " + dmin);
c_comp = k0-sc;
if (c_comp <= 0){
cmax = cmin0 + k0-1;
} else {
dmin = dmin0 + c_comp-1;
k -= c_comp-1;
}
d_comp = k0-sd;
if (d_comp <= 0){
dmax = dmin0 + k0-1;
} else {
cmin = cmin0 + d_comp-1;
k -= d_comp-1;
}
sc = cmax-cmin+1; sd = dmax-dmin+1;
debug.log(2, "#k: " + k +", sc: " + sc + ", cmax: " + cmax +", cmin: " + cmin + ", sd: " + sd +", dmax: " + dmax + ", dmin: " + dmin + ", c_comp: " + c_comp + ", d_comp: " + d_comp);
if (k===1) return (c[cmin]<d[dmin] ? c[cmin] : d[dmin]);
if (k === sc+sd) return (c[cmax]>d[dmax] ? c[cmax] : d[dmax]);
m = Math.floor((cmax+cmin)/2);
n = Math.floor((dmax+dmin)/2);
debug.log(2, "m: " + m + ", n: "+n+", c[m]: "+c[m]+", d[n]: "+d[n]);
if (c[m]<d[n]){
if (m === cmax){ // only 1 element in c;
return d[dmin+k-1];
}
k_next = k-(m-cmin+1);
return find_kth(c, d, k_next, cmax, m+1, dmax, dmin);
} else {
if (n === dmax){
return c[cmin+k-1];
}
k_next = k-(n-dmin+1);
return find_kth(c, d, k_next, cmax, cmin, dmax, n+1);
}
}
function traverse_at(a, ae, h, l, k, at, worker, wp){
var n = ae ? ae.length : 0;
var get_node;
switch (at){
case "k": get_node = function(idx){
var node = {};
var pos = l[idx] + Math.floor(k/n) - 1;
if (pos<l[idx]){ node.pos = l[idx]; }
else if (pos > h[idx]){ node.pos = h[idx];}
else{ node.pos = pos; }
node.idx = idx;
node.val = a[idx][node.pos];
debug.log(6, "pos: "+pos+"\nnode =");
debug.log(6, node);
return node;
};
break;
case "l": get_node = function(idx){
debug.log(6, "a["+idx+"][l["+idx+"]]: "+a[idx][l[idx]]);
return a[idx][l[idx]];
};
break;
case "h": get_node = function(idx){
debug.log(6, "a["+idx+"][h["+idx+"]]: "+a[idx][h[idx]]);
return a[idx][h[idx]];
};
break;
case "s": get_node = function(idx){
debug.log(6, "h["+idx+"]-l["+idx+"]+1: "+(h[idx] - l[idx] + 1));
return h[idx] - l[idx] + 1;
};
break;
default: get_node = function(){
debug.log(1, "!!! Exception: get_node() returns null.");
return null;
};
break;
}
worker.init();
debug.log(6, "--* traverse_at() *--");
var i;
if (!wp){
for (i=0; i<n; i++){
worker.work(get_node(ae[i]));
}
} else {
for (i=0; i<n; i++){
worker.work(get_node(ae[i]), wp);
}
}
return worker.getResult();
}
sumKeeper = function(){
var res = 0;
return {
init : function(){ res = 0;},
getResult: function(){
debug.log(5, "@@ sumKeeper.getResult: returning: "+res);
return res;
},
work : function(node){ if (node!==null) res += node;}
};
}();
maxPicker = function(){
var res = null;
return {
init : function(){ res = null;},
getResult: function(){
debug.log(5, "@@ maxPicker.getResult: returning: "+res);
return res;
},
work : function(node){
if (res === null){ res = node;}
else if (node!==null && node > res){ res = node;}
}
};
}();
minPicker = function(){
var res = null;
return {
init : function(){ res = null;},
getResult: function(){
debug.log(5, "@@ minPicker.getResult: returning: ");
debug.log(5, res);
return res;
},
work : function(node){
if (res === null && node !== null){ res = node;}
else if (node!==null &&
node.val !==undefined &&
node.val < res.val){ res = node; }
else if (node!==null && node < res){ res = node;}
}
};
}();
// find k-th smallest number in n sorted arrays;
// need to consider the case where some of the subarrays are taken out of the selection;
function kth_n(a, ae, k, h, l){
var n = ae.length;
debug.log(2, "------** kth_n() **-------");
debug.log(2, "n: " +n+", k: " + k);
debug.log(2, "ae: ["+ae+"], len: "+ae.length);
debug.log(2, "h: [" + h + "]");
debug.log(2, "l: [" + l + "]");
for (var i=0; i<n; i++){
if (h[ae[i]]-l[ae[i]]+1>k) h[ae[i]]=l[ae[i]]+k-1;
}
debug.log(3, "--after reduction --");
debug.log(3, "h: [" + h + "]");
debug.log(3, "l: [" + l + "]");
if (n === 1)
return a[ae[0]][k-1];
if (k === 1)
return traverse_at(a, ae, h, l, k, "l", minPicker);
if (k === traverse_at(a, ae, h, l, k, "s", sumKeeper))
return traverse_at(a, ae, h, l, k, "h", maxPicker);
var kn = traverse_at(a, ae, h, l, k, "k", minPicker);
debug.log(3, "kn: ");
debug.log(3, kn);
var idx = kn.idx;
debug.log(3, "last: k: "+k+", l["+kn.idx+"]: "+l[idx]);
k -= kn.pos - l[idx] + 1;
l[idx] = kn.pos + 1;
debug.log(3, "next: "+"k: "+k+", l["+kn.idx+"]: "+l[idx]);
if (h[idx]<l[idx]){ // all elements in a[idx] selected;
//remove a[idx] from the arrays.
debug.log(4, "All elements selected in a["+idx+"].");
debug.log(5, "last ae: ["+ae+"]");
ae.splice(ae.indexOf(idx), 1);
h[idx] = l[idx] = "_"; // For display purpose only.
debug.log(5, "next ae: ["+ae+"]");
}
return kth_n(a, ae, k, h, l);
}
function find_kth_in_arrays(a, k){
if (!a || a.length<1 || k<1) throw "Mission Impossible!";
var ae=[], h=[], l=[], n=0, s, ts=0;
for (var i=0; i<a.length; i++){
s = a[i] && a[i].length;
if (s>0){
ae.Push(i); h.Push(s-1); l.Push(0);
ts+=s;
}
}
if (k>ts) throw "Too few elements to choose from!";
return kth_n(a, ae, k, h, l);
}
/////////////////////////////////////////////////////
// tests
// To show everything: use 6.
debug.setLevel(1);
var a = [2, 3, 5, 7, 89, 223, 225, 667];
var b = [323, 555, 655, 673];
//var b = [99];
var c = [];
debug.log(1, "a = (len: " + a.length + ")");
debug.log(1, a);
debug.log(1, "b = (len: " + b.length + ")");
debug.log(1, b);
for (var k=1; k<a.length+b.length+1; k++){
debug.log(1, "================== k: " + k + "=====================");
if (k_largest(a, b, c, k) === 0 ){
debug.log(1, "c = (len: "+c.length+")");
debug.log(1, c);
}
try{
result = kth(a, b, k, -1);
debug.log(1, "===== The " + k + "-th largest number: " + result);
} catch (e) {
debug.log(0, "Error message from kth(): " + e);
}
debug.log("==================================================");
}
debug.log(1, "################# Now for the n sorted arrays ######################");
debug.log(1, "####################################################################");
x = [[1, 3, 5, 7, 9],
[-2, 4, 6, 8, 10, 12],
[8, 20, 33, 212, 310, 311, 623],
[8],
[0, 100, 700],
[300],
[],
null];
debug.log(1, "x = (len: "+x.length+")");
debug.log(1, x);
for (var i=0, num=0; i<x.length; i++){
if (x[i]!== null) num += x[i].length;
}
debug.log(1, "totoal number of elements: "+num);
// to test k in specific ranges:
var start = 0, end = 25;
for (k=start; k<end; k++){
debug.log(1, "=========================== k: " + k + "===========================");
try{
result = find_kth_in_arrays(x, k);
debug.log(1, "====== The " + k + "-th smallest number: " + result);
} catch (e) {
debug.log(1, "Error message from find_kth_in_arrays: " + e);
}
debug.log(1, "=================================================================");
}
debug.log(1, "x = (len: "+x.length+")");
debug.log(1, x);
debug.log(1, "totoal number of elements: "+num);
Debug utilsの完全なコードは、次の場所にあります。 https://github.com/brainclone/teasers/tree/master/kth
ジュール・オレオンのソリューションに基づいた私のコードは次のとおりです。
int getNth(vector<int>& v1, vector<int>& v2, int n)
{
int step = n / 4;
int i1 = n / 2;
int i2 = n - i1;
while(!(v2[i2] >= v1[i1 - 1] && v1[i1] > v2[i2 - 1]))
{
if (v1[i1 - 1] >= v2[i2 - 1])
{
i1 -= step;
i2 += step;
}
else
{
i1 += step;
i2 -= step;
}
step /= 2;
if (!step) step = 1;
}
if (v1[i1 - 1] >= v2[i2 - 1])
return v1[i1 - 1];
else
return v2[i2 - 1];
}
int main()
{
int a1[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
int a2[] = {4,6,8,10,12};
//int a1[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
//int a2[] = {4,6,8,10,12};
//int a1[] = {1,7,9,10,30};
//int a2[] = {3,5,8,11};
vector<int> v1(a1, a1+9);
vector<int> v2(a2, a2+5);
cout << getNth(v1, v2, 5);
return 0;
}
これが私の解決策です。 C++コードは、ループを使用してk番目の最小値を取得するために、k番目の最小値と反復数を出力します。ただし、コードでは、kが最初の配列の長さよりも小さいことが必要であり、これが制限事項です。
#include <iostream>
#include <vector>
#include<math.h>
using namespace std;
template<typename comparable>
comparable kthSmallest(vector<comparable> & a, vector<comparable> & b, int k){
int idx1; // Index in the first array a
int idx2; // Index in the second array b
comparable maxVal, minValPlus;
float iter = k;
int numIterations = 0;
if(k > a.size()){ // Checks if k is larger than the size of first array
cout << " k is larger than the first array" << endl;
return -1;
}
else{ // If all conditions are satisfied, initialize the indexes
idx1 = k - 1;
idx2 = -1;
}
for ( ; ; ){
numIterations ++;
if(idx2 == -1 || b[idx2] <= a[idx1] ){
maxVal = a[idx1];
minValPlus = b[idx2 + 1];
idx1 = idx1 - ceil(iter/2); // Binary search
idx2 = k - idx1 - 2; // Ensures sum of indices = k - 2
}
else{
maxVal = b[idx2];
minValPlus = a[idx1 + 1];
idx2 = idx2 - ceil(iter/2); // Binary search
idx1 = k - idx2 - 2; // Ensures sum of indices = k - 2
}
if(minValPlus >= maxVal){ // Check if kth smallest value has been found
cout << "The number of iterations to find the " << k << "(th) smallest value is " << numIterations << endl;
return maxVal;
}
else
iter/=2; // Reduce search space of binary search
}
}
int main(){
//Test Cases
vector<int> a = {2, 4, 9, 15, 22, 34, 45, 55, 62, 67, 78, 85};
vector<int> b = {1, 3, 6, 8, 11, 13, 15, 20, 56, 67, 89};
// Input k < a.size()
int kthSmallestVal;
for (int k = 1; k <= a.size() ; k++){
kthSmallestVal = kthSmallest<int>( a ,b ,k );
cout << k <<" (th) smallest Value is " << kthSmallestVal << endl << endl << endl;
}
}
これがCでの実装です。アルゴリズムについては@JulesOlléonの説明を参照できます。アルゴリズムの背後にある考え方は、i + j = kを維持し、そのようなiとjを見つけてa [i-1] <b [j-1] <a [i]（またはその逆）。今、b [j-1]より小さい 'a'にi個の要素があり、b [j-1]より小さい 'b'にj-1個の要素があるので、b [j-1]はi + j-1です。 + 1 = k番目に小さい要素。そのようなi、jを見つけるために、アルゴリズムは配列に対して二分検索を行います。
int find_k(int A[], int m, int B[], int n, int k) {
if (m <= 0 )return B[k-1];
else if (n <= 0) return A[k-1];
int i = ( m/double (m + n)) * (k-1);
if (i < m-1 && i<k-1) ++i;
int j = k - 1 - i;
int Ai_1 = (i > 0) ? A[i-1] : INT_MIN, Ai = (i<m)?A[i]:INT_MAX;
int Bj_1 = (j > 0) ? B[j-1] : INT_MIN, Bj = (j<n)?B[j]:INT_MAX;
if (Ai >= Bj_1 && Ai <= Bj) {
return Ai;
} else if (Bj >= Ai_1 && Bj <= Ai) {
return Bj;
}
if (Ai < Bj_1) { // the answer can't be within A[0,...,i]
return find_k(A+i+1, m-i-1, B, n, j);
} else { // the answer can't be within A[0,...,i]
return find_k(A, m, B+j+1, n-j-1, i);
}
}
public class KthSmallestInSortedArray {
public static void main(String[] args) {
int a1[] = {2, 3, 10, 11, 43, 56},
a2[] = {120, 13, 14, 24, 34, 36},
k = 4;
System.out.println(findKthElement(a1, a2, k));
}
private static int findKthElement(int a1[], int a2[], int k) {
/** Checking k must less than sum of length of both array **/
if (a1.length + a2.length < k) {
throw new IllegalArgumentException();
}
/** K must be greater than zero **/
if (k <= 0) {
throw new IllegalArgumentException();
}
/**
* Finding begin, l and end such that
* begin <= l < end
* a1[0].....a1[l-1] and
* a2[0]....a2[k-l-1] are the smallest k numbers
*/
int begin = Math.max(0, k - a2.length);
int end = Math.min(a1.length, k);
while (begin < end) {
int l = begin + (end - begin) / 2;
/** Can we include a1[l] in the k smallest numbers */
if ((l < a1.length) &&
(k - l > 0) &&
(a1[l] < a2[k - l - 1])) {
begin = l + 1;
} else if ((l > 0) &&
(k - l < a2.length) &&
(a1[l - 1] > a2[k - 1])) {
/**
* This is the case where we can discard
* a[l-1] from the set of k smallest numbers
*/
end = l;
} else {
/**
* We found our answer since both inequalities were
* false
*/
begin = l;
break;
}
}
if (begin == 0) {
return a2[k - 1];
} else if (begin == k) {
return a1[k - 1];
} else {
return Math.max(a1[begin - 1], a2[k - begin - 1]);
}
}
}
基本的に、このアプローチにより、各ステップでk/2個の要素を破棄できます。 Kはk => k/2 => k/4 => ...から1に達するまで再帰的に変化します、したがって、時間計算量はO（ logk）
K = 1では、2つの配列の中で最も低い値が取得されます。
次のコードはJavaにあります。 Java配列のインデックスは1ではなく0から始まるためeg。k = 3は、配列の2番目のインデックスの要素によって表されます。
private int kthElement(int[] arr1, int[] arr2, int k) {
if (k < 1 || k > (arr1.length + arr2.length))
return -1;
return helper(arr1, 0, arr1.length - 1, arr2, 0, arr2.length - 1, k);
}
private int helper(int[] arr1, int low1, int high1, int[] arr2, int low2, int high2, int k) {
if (low1 > high1) {
return arr2[low2 + k - 1];
} else if (low2 > high2) {
return arr1[low1 + k - 1];
}
if (k == 1) {
return Math.min(arr1[low1], arr2[low2]);
}
int i = Math.min(low1 + k / 2, high1 + 1);
int j = Math.min(low2 + k / 2, high2 + 1);
if (arr1[i - 1] > arr2[j - 1]) {
return helper(arr1, low1, high1, arr2, j, high2, k - (j - low2));
} else {
return helper(arr1, i, high1, arr2, low2, high2, k - (i - low1));
}
}
Javaの私のソリューションです。さらに最適化を試みます
public class FindKLargestTwoSortedArray {
public static void main(String[] args) {
int[] arr1 = { 10, 20, 40, 80 };
int[] arr2 = { 15, 35, 50, 75 };
FindKLargestTwoSortedArray(arr1, 0, arr1.length - 1, arr2, 0,
arr2.length - 1, 6);
}
public static void FindKLargestTwoSortedArray(int[] arr1, int start1,
int end1, int[] arr2, int start2, int end2, int k) {
if ((start1 <= end1 && start1 >= 0 && end1 < arr1.length)
&& (start2 <= end2 && start2 >= 0 && end2 < arr2.length)) {
int midIndex1 = (start1 + (k - 1) / 2);
midIndex1 = midIndex1 >= arr1.length ? arr1.length - 1 : midIndex1;
int midIndex2 = (start2 + (k - 1) / 2);
midIndex2 = midIndex2 >= arr2.length ? arr2.length - 1 : midIndex2;
if (arr1[midIndex1] == arr2[midIndex2]) {
System.out.println("element is " + arr1[midIndex1]);
} else if (arr1[midIndex1] < arr2[midIndex2]) {
if (k == 1) {
System.out.println("element is " + arr1[midIndex1]);
return;
} else if (k == 2) {
System.out.println("element is " + arr2[midIndex2]);
return;
}else if (midIndex1 == arr1.length-1 || midIndex2 == arr2.length-1 ) {
if(k==(arr1.length+arr2.length)){
System.out.println("element is " + arr2[midIndex2]);
return;
}else if(k==(arr1.length+arr2.length)-1){
System.out.println("element is " + arr1[midIndex1]);
return;
}
}
int remainingElementToSearch = k - (midIndex1-start1);
FindKLargestTwoSortedArray(
arr1,
midIndex1,
(midIndex1 + remainingElementToSearch) >= arr1.length ? arr1.length-1
: (midIndex1 + remainingElementToSearch), arr2,
start2, midIndex2, remainingElementToSearch);
} else if (arr1[midIndex1] > arr2[midIndex2]) {
FindKLargestTwoSortedArray(arr2, start2, end2, arr1, start1,
end1, k);
}
} else {
return;
}
}
}
これは wonderful youtube video のAlgoからインスピレーションを受けています。
コードへのリンク 複雑さ（log（n）+ log（m））
コードへのリンク （log（n）* log（m））
実装 of（log（n）+ log（m））ソリューション
問題に私の説明を加えたいと思います。これは、2つの配列がソートされているという事実を使用する必要がある古典的な問題です。サイズsz1の2つのソートされた配列arr1とサイズsz2のarr2が与えられました
a）次の場合を想定します
kが有効かどうかの確認
kは>（sz1 + sz2）
その後、ソートされた両方の配列rytの和集合でk番目に小さい要素が見つからないため、無効なデータを返します。 b）今、上記の条件が偽であり、kの有効かつ実行可能な値がある場合、
エッジケースの管理
k = 1,2およびk =（sz1 + sz2-1）、（sz1 + sz2）etcのEdgeのケースをカバーするために、両方の配列を前に-infinity値、末尾に+ infinity値を追加します。 。
両方の配列のサイズは、それぞれ（sz1 + 2）および（sz2 + 2）です
メインアルゴリズム
ここで、arr1でバイナリ検索を実行します。インデックスiを探してarr1でバイナリ検索を実行します。 startIndex <= i <= endIndex
制約{（i + j）= k}を使用してarr2に対応するインデックスjが見つかった場合、
（arr2 [j-1] <arr1 [i] <arr2 [j]）の場合、arr1 [i]はk番目に小さい（ケース1）
else （arr1 [i-1] <arr2 [j] <arr1 [i]）の場合、arr2 [i]はk番目に小さい（ケース2）
それ以外は、 arr1 [i] <arr2 [j-1] <arr2 [j] （ケース3）
または arr2 [j-1] <arr2 [j] <arr1 [i] （ケース4）
k番目に小さい要素は、両方の配列rytの和集合でit より小さい（k-1）要素を持っていることがわかっているので、そう、
Case1 では、arr1配列内のarr1 [i]より小さい要素がarr1 [i]より小さいため、arr1 [i]には合計（k-1）個の小さい要素があることを確認しました既知の数よりi-1（arr2 [j-1] <arr1 [i] <arr2 [j]）およびarr2のarr1 [i]より小さい要素の数はj-1です。 1）+（j-1）=（k-1）したがって、k番目に小さい要素はarr1 [i]になります
しかし、答えは常に最初の配列、つまりarr1から来るとは限らないので、 case2 をチェックしました。これも（i-1）+（j-1）=（k -1）。 （arr1 [i-1] <arr2 [j] <arr1 [i]）の場合、両方の配列の和集合でarr2 [j]よりも小さい合計k-1要素があり、k番目に小さい要素になります。
case3 で、ケース1またはケース2のいずれかに形成するには、制約{（i + j）= k}を使用してiをインクリメントする必要があります。つまり、バイナリ検索は右側に移動します。つまり、startIndex = middleIndexになります。
case4 で、ケース1またはケース2のいずれかに形成するには、制約{（i + j）= k}を使用してiおよびjを減らす必要があります。バイナリ検索は左の部分に移動します。つまり、endIndex = middleIndexになります。
次に、startindex = 1およびendIndex = ??を使用して、arr1のバイナリ検索の開始時にstartIndexとendIndexを決定する方法を決定します。
K> sz1、endIndex =（sz1 + 1）の場合、endIndex = k;
Kが最初の配列のサイズよりも大きい場合、配列arr1全体でバイナリ検索を行う必要がある場合があります。それ以外の場合、sz1-k要素はk番目の最小値の計算に寄与できないため、最初のk要素のみを取得する必要があります。
以下に示すコード
// Complexity O(log(n)+log(m))
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define f(i,x,y) for(int i = (x);i < (y);++i)
#define F(i,x,y) for(int i = (x);i > (y);--i)
int max(int a,int b){return (a > b?a:b);}
int min(int a,int b){return (a < b?a:b);}
int mod(int a){return (a > 0?a:((-1)*(a)));}
#define INF 1000000
int func(int *arr1,int *arr2,int sz1,int sz2,int k)
{
if((k <= (sz1+sz2))&&(k > 0))
{
int s = 1,e,i,j;
if(k > sz1)e = sz1+1;
else e = k;
while((e-s)>1)
{
i = (e+s)/2;
j = ((k-1)-(i-1));
j++;
if(j > (sz2+1)){s = i;}
else if((arr1[i] >= arr2[j-1])&&(arr1[i] <= arr2[j]))return arr1[i];
else if((arr2[j] >= arr1[i-1])&&(arr2[j] <= arr1[i]))return arr2[j];
else if(arr1[i] < arr2[j-1]){s = i;}
else if(arr1[i] > arr2[j]){e = i;}
else {;}
}
i = e,j = ((k-1)-(i-1));j++;
if((arr1[i] >= arr2[j-1])&&(arr1[i] <= arr2[j]))return arr1[i];
else if((arr2[j] >= arr1[i-1])&&(arr2[j] <= arr1[i]))return arr2[j];
else
{
i = s,j = ((k-1)-(i-1));j++;
if((arr1[i] >= arr2[j-1])&&(arr1[i] <= arr2[j]))return arr1[i];
else return arr2[j];
}
}
else
{
cout << "Data Invalid" << endl;
return -INF;
}
}
int main()
{
int n,m,k;
cin >> n >> m >> k;
int arr1[n+2];
int arr2[m+2];
f(i,1,n+1)
cin >> arr1[i];
f(i,1,m+1)
cin >> arr2[i];
arr1[0] = -INF;
arr2[0] = -INF;
arr1[n+1] = +INF;
arr2[m+1] = +INF;
int val = func(arr1,arr2,n,m,k);
if(val != -INF)cout << val << endl;
return 0;
}
複雑さのソリューション（log（n）* log（m））
各iについて、制約{（i-1）+（j-1）=（k-1）}を使用してjを見つけることができるという利点を使用して逃しただけです。 arr2 [j] <= arr1 [i]となるjを見つけるため、このソリューションはさらに最適化できます。
上記の最初の擬似コードは、多くの値に対して機能しません。たとえば、2つの配列があります。 int [] a = {1、5、6、8、9、11、15、17、19}; int [] b = {4、7、8、13、15、18、20、24、26};
K = 3およびk = 9では機能しませんでした。別の解決策があります。以下に示します。
private static void traverse(int pt, int len) {
int temp = 0;
if (len == 1) {
int val = 0;
while (k - (pt + 1) - 1 > -1 && M[pt] < N[k - (pt + 1) - 1]) {
if (val == 0)
val = M[pt] < N[k - (pt + 1) - 1] ? N[k - (pt + 1) - 1]
: M[pt];
else {
int t = M[pt] < N[k - (pt + 1) - 1] ? N[k - (pt + 1) - 1]
: M[pt];
val = val < t ? val : t;
}
++pt;
}
if (val == 0)
val = M[pt] < N[k - (pt + 1) - 1] ? N[k - (pt + 1) - 1] : M[pt];
System.out.println(val);
return;
}
temp = len / 2;
if (M[pt + temp - 1] < N[k - (pt + temp) - 1]) {
traverse(pt + temp, temp);
} else {
traverse(pt, temp);
}
}
しかし... k = 5でも機能しません。 kの偶数/奇数のキャッチがありますが、単純ではありません。
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int findKthElement(int a[],int start1,int end1,int b[],int start2,int end2,int k){
if(start1 >= end1)return b[start2+k-1];
if(start2 >= end2)return a[start1+k-1];
if(k==1)return min(a[start1],b[start2]);
int aMax = INT_MAX;
int bMax = INT_MAX;
if(start1+k/2-1 < end1) aMax = a[start1 + k/2 - 1];
if(start2+k/2-1 < end2) bMax = b[start2 + k/2 - 1];
if(aMax > bMax){
return findKthElement(a,start1,end1,b,start2+k/2,end2,k-k/2);
}
else{
return findKthElement(a,start1 + k/2,end1,b,start2,end2,k-k/2);
}
}
int main(void){
int t;
scanf("%d",&t);
while(t--){
int n,m,k;
cout<<"Enter the size of 1st Array"<<endl;
cin>>n;
int arr[n];
cout<<"Enter the Element of 1st Array"<<endl;
for(int i = 0;i<n;i++){
cin>>arr[i];
}
cout<<"Enter the size of 2nd Array"<<endl;
cin>>m;
int arr1[m];
cout<<"Enter the Element of 2nd Array"<<endl;
for(int i = 0;i<m;i++){
cin>>arr1[i];
}
cout<<"Enter The Value of K";
cin>>k;
sort(arr,arr+n);
sort(arr1,arr1+m);
cout<<findKthElement(arr,0,n,arr1,0,m,k)<<endl;
}
return 0;
}
時間ComplexcityはO（log（min（n、m）））です
2つの並べ替えられた配列の連合でk番目に小さい要素を見つけるためのC＃コードの下。時間の複雑さ：O（logk）
public static int findKthSmallestElement1(int[] A, int startA, int endA, int[] B, int startB, int endB, int k)
{
int n = endA - startA;
int m = endB - startB;
if (n <= 0)
return B[startB + k - 1];
if (m <= 0)
return A[startA + k - 1];
if (k == 1)
return A[startA] < B[startB] ? A[startA] : B[startB];
int midA = (startA + endA) / 2;
int midB = (startB + endB) / 2;
if (A[midA] <= B[midB])
{
if (n / 2 + m / 2 + 1 >= k)
return findKthSmallestElement1(A, startA, endA, B, startB, midB, k);
else
return findKthSmallestElement1(A, midA + 1, endA, B, startB, endB, k - n / 2 - 1);
}
else
{
if (n / 2 + m / 2 + 1 >= k)
return findKthSmallestElement1(A, startA, midA, B, startB, endB, k);
else
return findKthSmallestElement1(A, startA, endA, B, midB + 1, endB, k - m / 2 - 1);
}
}
このコードを確認してください。
import math
def findkthsmallest():
A=[1,5,10,22,30,35,75,125,150,175,200]
B=[15,16,20,22,25,30,100,155,160,170]
lM=0
lN=0
hM=len(A)-1
hN=len(B)-1
k=17
while True:
if k==1:
return min(A[lM],B[lN])
cM=hM-lM+1
cN=hN-lN+1
tmp = cM/float(cM+cN)
iM=int(math.ceil(tmp*k))
iN=k-iM
iM=lM+iM-1
iN=lN+iN-1
if A[iM] >= B[iN]:
if iN == hN or A[iM] < B[iN+1]:
return A[iM]
else:
k = k - (iN-lN+1)
lN=iN+1
hM=iM-1
if B[iN] >= A[iM]:
if iM == hM or B[iN] < A[iM+1]:
return B[iN]
else:
k = k - (iM-lM+1)
lM=iM+1
hN=iN-1
if hM < lM:
return B[lN+k-1]
if hN < lN:
return A[lM+k-1]
if __== '__main__':
print findkthsmallest();