
在深入探讨峰值查找方法之前,首先需要明确山脉数组的定义。一个数组 arr 被称作山脉数组,如果它满足以下条件:
简而言之,山脉数组就像一座山,先上升到最高点(峰值),然后下降。我们的目标就是找到这个最高点(峰值)的索引 i。
最直接的思路是遍历整个数组,找到其中最大的元素,并记录其索引。由于山脉数组的特性,最大的元素必然是峰值。
public class Solution {
public static int peakIndexInMountainArray(int[] arr) {
int peakValue = 0; // 初始化峰值,通常取数组第一个元素或0
int peakIndex = 0;
// 假设数组长度至少为3,且arr[0]总是小于arr[1],所以可以从0开始比较
// 更严谨的做法是初始化为arr[0],peakIndex=0
if (arr.length > 0) {
peakValue = arr[0];
}
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
int value = arr[i];
if (value > peakValue) {
peakValue = value;
peakIndex = i;
}
}
return peakIndex;
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Set 1: " + peakIndexInMountainArray(new int[]{0,1,2})); // 2
System.out.println("Set 2: " + peakIndexInMountainArray(new int[]{0,1,0})); // 1
System.out.println("Set 3: " + peakIndexInMountainArray(new int[]{0,2,1,0})); // 1
System.out.println("Set 4: " + peakIndexInMountainArray(new int[]{0,10,5,2})); // 1
System.out.println("Set 5: " + peakIndexInMountainArray(new int[]{0,100,500,2})); // 2
}
}虽然线性扫描方法简单易懂且实现方便,但它不满足题目中通常要求的 O(log(arr.length)) 时间复杂度约束。对于大规模数据,我们需要更高效的算法。
为了达到 O(logN) 的时间复杂度,我们应该考虑使用二分查找算法。山脉数组的特性(先递增后递减)使其具有局部单调性,这正是二分查找能够发挥作用的场景。
山脉数组可以看作是两个有序数组的拼接:一个升序部分和一个降序部分。峰值是这两个部分的交界点。二分查找的核心思想是每次将搜索区间减半,通过比较中间元素来判断峰值可能位于哪一半,从而快速逼近目标。
在二分查找中,我们通常关注 mid 索引处的元素及其相邻元素 arr[mid+1]。
public class Solution {
public int peakIndexInMountainArray(int[] arr) {
int low = 0;
int high = arr.length - 1;
while (low < high) {
int mid = low + (high - low) / 2;
// 如果mid在上升段,峰值在mid的右侧
if (arr[mid] < arr[mid + 1]) {
low = mid + 1;
}
// 如果mid在下降段,或者mid就是峰值
// 峰值可能在mid或mid的左侧
else {
high = mid;
}
}
// 当low == high时,找到了峰值索引
return low;
}
public static void main(String[] args) {
Solution sol = new Solution();
System.out.println("Test Case [0,1,2]: " + sol.peakIndexInMountainArray(new int[]{0,1,2})); // 2
System.out.println("Test Case [0,1,0]: " + sol.peakIndexInMountainArray(new int[]{0,1,0})); // 1
System.out.println("Test Case [0,2,1,0]: " + sol.peakIndexInMountainArray(new int[]{0,2,1,0})); // 1
System.out.println("Test Case [0,10,5,2]: " + sol.peakIndexInMountainArray(new int[]{0,10,5,2})); // 1
System.out.println("Test Case [0,100,500,2]: " + sol.peakIndexInMountainArray(new int[]{0,100,500,2})); // 2
}
}这种二分查找方法能够满足题目对时间复杂度的严格要求,是解决此类问题的最优方案。
查找山脉数组的峰值索引是一个经典的算法问题,它展示了如何利用数据结构的特性来优化算法性能。
理解并掌握二分查找的原理和正确实现方式,对于解决这类具有特定结构的数据查找问题至关重要。在实际开发中,根据具体的需求和约束选择合适的算法,是提高程序效率的关键。
以上就是山脉数组峰值索引查找:从线性扫描到O(logN)二分查找优化的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!
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