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lcof / 面试题51. 数组中的逆序对 / README

发布于 2024-06-17 01:04:42 字数 10499 浏览 0 评论 0 收藏 0

面试题 51. 数组中的逆序对

题目描述

在数组中的两个数字,如果前面一个数字大于后面的数字,则这两个数字组成一个逆序对。输入一个数组,求出这个数组中的逆序对的总数。

 

示例 1:

输入: [7,5,6,4]
输出: 5

 

限制:

0 <= 数组长度 <= 50000

解法

方法一:归并排序

归并排序的过程中,如果左边的数大于右边的数,则右边的数与左边的数之后的数都构成逆序对。

时间复杂度 $O(n \times \log n)$,空间复杂度 $O(n)$。其中 $n$ 为数组长度。

class Solution:
  def reversePairs(self, nums: List[int]) -> int:
    def merge_sort(l, r):
      if l >= r:
        return 0
      mid = (l + r) >> 1
      ans = merge_sort(l, mid) + merge_sort(mid + 1, r)
      t = []
      i, j = l, mid + 1
      while i <= mid and j <= r:
        if nums[i] <= nums[j]:
          t.append(nums[i])
          i += 1
        else:
          ans += mid - i + 1
          t.append(nums[j])
          j += 1
      t.extend(nums[i : mid + 1])
      t.extend(nums[j : r + 1])
      nums[l : r + 1] = t
      return ans

    return merge_sort(0, len(nums) - 1)
class Solution {
  private int[] nums;
  private int[] t;

  public int reversePairs(int[] nums) {
    this.nums = nums;
    int n = nums.length;
    this.t = new int[n];
    return mergeSort(0, n - 1);
  }

  private int mergeSort(int l, int r) {
    if (l >= r) {
      return 0;
    }
    int mid = (l + r) >> 1;
    int ans = mergeSort(l, mid) + mergeSort(mid + 1, r);
    int i = l, j = mid + 1, k = 0;
    while (i <= mid && j <= r) {
      if (nums[i] <= nums[j]) {
        t[k++] = nums[i++];
      } else {
        ans += mid - i + 1;
        t[k++] = nums[j++];
      }
    }
    while (i <= mid) {
      t[k++] = nums[i++];
    }
    while (j <= r) {
      t[k++] = nums[j++];
    }
    for (i = l; i <= r; ++i) {
      nums[i] = t[i - l];
    }
    return ans;
  }
}
class Solution {
public:
  int reversePairs(vector<int>& nums) {
    int n = nums.size();
    if (n == 0) {
      return 0;
    }
    int t[n];
    function<int(int, int)> mergeSort = [&](int l, int r) -> int {
      if (l >= r) {
        return 0;
      }
      int mid = (l + r) >> 1;
      int ans = mergeSort(l, mid) + mergeSort(mid + 1, r);
      int i = l, j = mid + 1, k = 0;
      while (i <= mid && j <= r) {
        if (nums[i] <= nums[j]) {
          t[k++] = nums[i++];
        } else {
          ans += mid - i + 1;
          t[k++] = nums[j++];
        }
      }
      while (i <= mid) {
        t[k++] = nums[i++];
      }
      while (j <= r) {
        t[k++] = nums[j++];
      }
      for (i = l; i <= r; ++i) {
        nums[i] = t[i - l];
      }
      return ans;
    };
    return mergeSort(0, n - 1);
  }
};
func reversePairs(nums []int) int {
  n := len(nums)
  t := make([]int, n)
  var mergeSort func(l, r int) int
  mergeSort = func(l, r int) int {
    if l >= r {
      return 0
    }
    mid := (l + r) >> 1
    ans := mergeSort(l, mid) + mergeSort(mid+1, r)
    i, j, k := l, mid+1, 0
    for i <= mid && j <= r {
      if nums[i] <= nums[j] {
        t[k] = nums[i]
        k, i = k+1, i+1
      } else {
        ans += mid - i + 1
        t[k] = nums[j]
        k, j = k+1, j+1
      }
    }
    for ; i <= mid; i, k = i+1, k+1 {
      t[k] = nums[i]
    }
    for ; j <= r; j, k = j+1, k+1 {
      t[k] = nums[j]
    }
    for i = l; i <= r; i++ {
      nums[i] = t[i-l]
    }
    return ans
  }
  return mergeSort(0, n-1)
}
function reversePairs(nums: number[]): number {
  const mergeSort = (l: number, r: number): number => {
    if (l >= r) {
      return 0;
    }
    const mid = (l + r) >> 1;
    let ans = mergeSort(l, mid) + mergeSort(mid + 1, r);
    let i = l;
    let j = mid + 1;
    const t: number[] = [];
    while (i <= mid && j <= r) {
      if (nums[i] <= nums[j]) {
        t.push(nums[i++]);
      } else {
        ans += mid - i + 1;
        t.push(nums[j++]);
      }
    }
    while (i <= mid) {
      t.push(nums[i++]);
    }
    while (j <= r) {
      t.push(nums[j++]);
    }
    for (i = l; i <= r; ++i) {
      nums[i] = t[i - l];
    }
    return ans;
  };
  return mergeSort(0, nums.length - 1);
}
/**
 * @param {number[]} nums
 * @return {number}
 */
var reversePairs = function (nums) {
  const mergeSort = (l, r) => {
    if (l >= r) {
      return 0;
    }
    const mid = (l + r) >> 1;
    let ans = mergeSort(l, mid) + mergeSort(mid + 1, r);
    let i = l;
    let j = mid + 1;
    let t = [];
    while (i <= mid && j <= r) {
      if (nums[i] <= nums[j]) {
        t.push(nums[i++]);
      } else {
        ans += mid - i + 1;
        t.push(nums[j++]);
      }
    }
    while (i <= mid) {
      t.push(nums[i++]);
    }
    while (j <= r) {
      t.push(nums[j++]);
    }
    for (i = l; i <= r; ++i) {
      nums[i] = t[i - l];
    }
    return ans;
  };
  return mergeSort(0, nums.length - 1);
};
public class Solution {
  private int[] nums;
  private int[] t;

  public int ReversePairs(int[] nums) {
    this.nums = nums;
    int n = nums.Length;
    this.t = new int[n];
    return mergeSort(0, n - 1);
  }

  private int mergeSort(int l, int r) {
    if (l >= r) {
      return 0;
    }
    int mid = (l + r) >> 1;
    int ans = mergeSort(l, mid) + mergeSort(mid + 1, r);
    int i = l, j = mid + 1, k = 0;
    while (i <= mid && j <= r) {
      if (nums[i] <= nums[j]) {
        t[k++] = nums[i++];
      } else {
        ans += mid - i + 1;
        t[k++] = nums[j++];
      }
    }
    while (i <= mid) {
      t[k++] = nums[i++];
    }
    while (j <= r) {
      t[k++] = nums[j++];
    }
    for (i = l; i <= r; ++i) {
      nums[i] = t[i - l];
    }
    return ans;
  }
}

方法二:树状数组

树状数组,也称作“二叉索引树”(Binary Indexed Tree)或 Fenwick 树。 它可以高效地实现如下两个操作:

  1. 单点更新 update(x, delta): 把序列 x 位置的数加上一个值 delta;
  2. 前缀和查询 query(x):查询序列 [1,...x] 区间的区间和,即位置 x 的前缀和。

这两个操作的时间复杂度均为 $O(\log n)$。

树状数组最基本的功能就是求比某点 x 小的点的个数(这里的比较是抽象的概念,可以是数的大小、坐标的大小、质量的大小等等)。

比如给定数组 a[5] = {2, 5, 3, 4, 1},求 b[i] = 位置 i 左边小于等于 a[i] 的数的个数。对于此例,b[5] = {0, 1, 1, 2, 0}

解决方案是直接遍历数组,每个位置先求出 query(a[i]),然后再修改树状数组 update(a[i], 1) 即可。当数的范围比较大时,需要进行离散化,即先进行去重并排序,然后对每个数字进行编号。

class BinaryIndexedTree:
  def __init__(self, n):
    self.n = n
    self.c = [0] * (n + 1)

  def update(self, x, delta):
    while x <= self.n:
      self.c[x] += delta
      x += x & -x

  def query(self, x):
    s = 0
    while x:
      s += self.c[x]
      x -= x & -x
    return s


class Solution:
  def reversePairs(self, nums: List[int]) -> int:
    alls = sorted(set(nums))
    m = len(alls)
    tree = BinaryIndexedTree(m)
    ans = 0
    for v in nums[::-1]:
      x = bisect_left(alls, v) + 1
      ans += tree.query(x - 1)
      tree.update(x, 1)
    return ans
class Solution {
  public int reversePairs(int[] nums) {
    Set<Integer> s = new TreeSet<>();
    for (int v : nums) {
      s.add(v);
    }
    Map<Integer, Integer> alls = new HashMap<>();
    int i = 1;
    for (int v : s) {
      alls.put(v, i++);
    }
    BinaryIndexedTree tree = new BinaryIndexedTree(s.size());
    int ans = 0;
    for (i = nums.length - 1; i >= 0; --i) {
      int x = alls.get(nums[i]);
      ans += tree.query(x - 1);
      tree.update(x, 1);
    }
    return ans;
  }
}

class BinaryIndexedTree {
  private int n;
  private int[] c;

  public BinaryIndexedTree(int n) {
    this.n = n;
    c = new int[n + 1];
  }

  public void update(int x, int delta) {
    while (x <= n) {
      c[x] += delta;
      x += x & -x;
    }
  }

  public int query(int x) {
    int s = 0;
    while (x > 0) {
      s += c[x];
      x -= x & -x;
    }
    return s;
  }
}
class BinaryIndexedTree {
public:
  int n;
  vector<int> c;

  BinaryIndexedTree(int _n)
    : n(_n)
    , c(_n + 1) {}

  void update(int x, int delta) {
    while (x <= n) {
      c[x] += delta;
      x += x & -x;
    }
  }

  int query(int x) {
    int s = 0;
    while (x > 0) {
      s += c[x];
      x -= x & -x;
    }
    return s;
  }
};

class Solution {
public:
  int reversePairs(vector<int>& nums) {
    vector<int> alls = nums;
    sort(alls.begin(), alls.end());
    alls.erase(unique(alls.begin(), alls.end()), alls.end());
    BinaryIndexedTree tree(alls.size());
    int ans = 0;
    for (int i = nums.size() - 1; ~i; --i) {
      int x = lower_bound(alls.begin(), alls.end(), nums[i]) - alls.begin() + 1;
      ans += tree.query(x - 1);
      tree.update(x, 1);
    }
    return ans;
  }
};
func reversePairs(nums []int) (ans int) {
  s := map[int]bool{}
  for _, v := range nums {
    s[v] = true
  }
  alls := []int{}
  for v := range s {
    alls = append(alls, v)
  }
  sort.Ints(alls)
  tree := newBinaryIndexedTree(len(alls))
  for i := len(nums) - 1; i >= 0; i-- {
    x := sort.SearchInts(alls, nums[i]) + 1
    ans += tree.query(x - 1)
    tree.update(x, 1)
  }
  return
}

type BinaryIndexedTree struct {
  n int
  c []int
}

func newBinaryIndexedTree(n int) *BinaryIndexedTree {
  c := make([]int, n+1)
  return &BinaryIndexedTree{n, c}
}

func (this *BinaryIndexedTree) update(x, delta int) {
  for x <= this.n {
    this.c[x] += delta
    x += x & -x
  }
}

func (this *BinaryIndexedTree) query(x int) int {
  s := 0
  for x > 0 {
    s += this.c[x]
    x -= x & -x
  }
  return s
}

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