leetcode **327. 区间和的个数(待深究)(2020.11.7)
【题目】**327. 区间和的个数
给定一个整数数组 nums,返回区间和在 [lower, upper] 之间的个数,包含 lower 和 upper。
区间和 S(i, j) 表示在 nums 中,位置从 i 到 j 的元素之和,包含 i 和 j (i ≤ j)。
说明:
最直观的算法复杂度是 O(n2) ,请在此基础上优化你的算法。
示例:
输入: nums = [-2,5,-1], lower = -2, upper = 2,
输出: 3
解释: 3个区间分别是: [0,0], [2,2], [0,2],它们表示的和分别为: -2, -1, 2。
【解题思路1】归并
设前缀和数组为 preSum,则问题等价于求所有的下标对 (i,j),满足 preSum[j]−preSum[i]∈[lower,upper]
我们先考虑如下的问题:给定两个升序排列的数组 n1, n2 ,试找出所有的下标对 (i,j),满足 n2[j]-n1[i]∈[lower,upper]
在已知两个数组均为升序的情况下,这一问题是相对简单的:我们在 n2中维护两个指针 l,r。起初,它们都指向 n2 的起始位置。随后,我们考察 n1的第一个元素。首先,不断地将指针 l 向右移动,直到n2[l] ≥ n1[0]+lower
为止,此时, l 及其右边的元素均大于或等于 n1[0] +lower
;随后,再不断地将指针 r 向右移动,直到 n2[r] > n1[0] ]+upper
为止,则 rr 左边的元素均小于或等于 n1[0] +upper
。故区间 [l,r) 中的所有下标 j,都满足n2[j] - n1[0] ∈[lower,upper]
接下来,我们考察 n1 的第二个元素。由于 n1 是递增的,不难发现 l,r 只可能向右移动。因此,我们不断地进行上述过程,并对于 n1 中的每一个下标,都记录相应的区间 [l,r) 的大小。最终,我们就统计得到了满足条件的下标对 (i,j) 的数量。
在解决这一问题后,原问题就迎刃而解了:我们采用归并排序的方式,能够得到左右两个数组排序后的形式,以及对应的下标对数量。对于原数组而言,若要找出全部的下标对数量,只需要再额外找出左端点在左侧数组,同时右端点在右侧数组的下标对数量,而这正是我们此前讨论的问题。
class Solution {
public int countRangeSum(int[] nums, int lower, int upper) {
long s = 0;
long[] sum = new long[nums.length + 1];
for (int i = 0; i < nums.length; ++i) {
s += nums[i];
sum[i + 1] = s;
}
return countRangeSumRecursive(sum, lower, upper, 0, sum.length - 1);
}
public int countRangeSumRecursive(long[] sum, int lower, int upper, int left, int right) {
if (left == right) {
return 0;
} else {
int mid = (left + right) / 2;
int n1 = countRangeSumRecursive(sum, lower, upper, left, mid);
int n2 = countRangeSumRecursive(sum, lower, upper, mid + 1, right);
int ret = n1 + n2;
// 首先统计下标对的数量
int i = left;
int l = mid + 1;
int r = mid + 1;
while (i <= mid) {
while (l <= right && sum[l] - sum[i] < lower) {
l++;
}
while (r <= right && sum[r] - sum[i] <= upper) {
r++;
}
ret += r - l;
i++;
}
// 随后合并两个排序数组
int[] sorted = new int[right - left + 1];
int p1 = left, p2 = mid + 1;
int p = 0;
while (p1 <= mid || p2 <= right) {
if (p1 > mid) {
sorted[p++] = (int) sum[p2++];
} else if (p2 > right) {
sorted[p++] = (int) sum[p1++];
} else {
if (sum[p1] < sum[p2]) {
sorted[p++] = (int) sum[p1++];
} else {
sorted[p++] = (int) sum[p2++];
}
}
}
for (int j = 0; j < sorted.length; j++) {
sum[left + j] = sorted[j];
}
return ret;
}
}
}
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