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154. 寻找旋转排序数组中的最小值 II

已知一个长度为 n 的数组,预先按照升序排列,经由 1n旋转 后,得到输入数组。例如,原数组 nums = [0,1,4,4,5,6,7] 在变化后可能得到:

  • 若旋转 4 次,则可以得到 [4,5,6,7,0,1,4]

  • 若旋转 7 次,则可以得到 [0,1,4,4,5,6,7]

注意,数组 [a[0], a[1], a[2], …​, a[n-1]] 旋转一次 的结果为数组 [a[n-1], a[0], a[1], a[2], …​, a[n-2]]

给你一个可能存在 重复 元素值的数组 nums,它原来是一个升序排列的数组,并按上述情形进行了多次旋转。请你找出并返回数组中的 最小元素

你必须尽可能减少整个过程的操作步骤。

示例 1:

输入:nums = [1,3,5]
输出:1

示例 2:

输入:nums = [2,2,2,0,1]
输出:0

提示:

  • n == nums.length

  • 1 <= n <= 5000

  • -5000 <= nums[i] <= 5000

  • nums 原来是一个升序排序的数组,并进行了 1n 次旋转

进阶:这道题与 寻找旋转排序数组中的最小值 类似,但 nums 可能包含重复元素。允许重复会影响算法的时间复杂度吗?会如何影响,为什么?

思路分析

这个算法的主结构跟二分查找是一样的:

  • 维护两个指针 lowhigh,使其代表查找范围的左边界和右边界。

  • 移动指针来缩小查找范围,通常将指针移动到 lowhigh 的中间(pivot = (low + high)/2)。这样查找范围就可以缩小一半,这也是二分查找名字的由来。

  • 在找到目标元素或者两个指针重合时(low == high),算法终止。

0154 axis

在传统的二分查找中,会将中轴元素(nums[pivot])与目标元素相比较。但在这个问题里面,需要将中轴元素与右边界元素(nums[high])相比较。

二分查找算法的难点在于如何更新左右边界指针。

  1. nums[pivot] < nums[high]

    0154 case 1

    中轴元素跟右边界元素在同一半边。这时候最小元素在中轴元素左边,将右边界指针移动到中轴元素位置(high = pivot)。

  2. nums[pivot] > nums[high]

    0154 case 2

    中轴元素跟右边界届元素在不同半边。这时候最小元素在中轴元素右边,将下届指针移动到中轴元素位置右边(low = pivot + 1)。

  3. nums[pivot] == nums[high]

    0154 case 3

    在这种情况下,不能确定最小元素在中轴元素的左边还是右边。

    为了缩小查找范围,安全的方法是将右边界指针减一(high = high - 1)。

    上述策略可以有效地避免死循环,同时可以保证永远不会跳过最小元素。

综上所述,这个算法跟二分查找有两处不同:

  • 这里我们将中轴元素与右边界元素相比较,传统的二分查找将中轴元素与目标元素相对比。

  • 当比较结果相同时,这里我们将左移右边界指针,而在传统的二分查找中直接返回结果。

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  • 一刷

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/**
 * Runtime: 0 ms, faster than 100.00% of Java online submissions for Find Minimum in Rotated Sorted Array II.
 * Memory Usage: 39.5 MB, less than 31.25% of Java online submissions for Find Minimum in Rotated Sorted Array II.
 *
 * Copy from: https://leetcode-cn.com/problems/find-minimum-in-rotated-sorted-array-ii/solution/xun-zhao-xuan-zhuan-pai-xu-shu-zu-zhong-de-zui-1-8/[寻找旋转排序数组中的最小值 II - 寻找旋转排序数组中的最小值 II - 力扣(LeetCode)]
 *
 * @author D瓜哥 · https://www.diguage.com
 * @since 2020-04-25 23:32
 */
public int findMin(int[] nums) {
    int low = 0;
    int high = nums.length - 1;
    while (low < high) {
        int pivot = low + (high - low) / 2;
        if (nums[pivot] < nums[high]) {
            high = pivot;
        } else if (nums[pivot] > nums[high]) {
            low = pivot + 1;
        } else {
            high--;
        }
    }
    return nums[low];
}
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/**
 * @author D瓜哥 · https://www.diguage.com
 * @since 2024-09-19 20:35:15
 */
public int findMin(int[] nums) {
  int left = 0, right = nums.length - 1;
  while (left < right) {
    int mid = left + (right - left) / 2;
    if (nums[mid] < nums[right]) {
      right = mid;
    } else if (nums[mid] > nums[right]) {
      left = mid + 1;
    } else {
      right -= 1;
    }
  }
  return nums[left];
}
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/**
 * @author D瓜哥 · https://www.diguage.com
 * @since 2026-08-28 23:17:06
 */
public int findMin(int[] nums) {
  int left = 0, right = nums.length - 1;
  while (left < right) {
    int mid = left + (right - left) / 2;
    if (nums[mid] < nums[right]) {
      right = mid;
    } else if (nums[mid] > nums[right]) {
      left = mid + 1;
    } else {
      right--;
    }
  }
  return nums[left];
}