0

0

标题:高效求解多个子数组中位数的算法教程

心靈之曲

心靈之曲

发布时间:2026-01-03 12:13:23

|

233人浏览过

|

来源于php中文网

原创

标题:高效求解多个子数组中位数的算法教程

本文详解如何在大规模数据约束下(n, q ≤ 5×10⁴)快速响应多次子数组中位数查询,重点分析朴素排序法的局限性,并提供可落地的优化思路与正确实现。

在处理子数组中位数查询问题时,核心在于准确理解题设定义:子数组 A[L..R] 的中位数是将其元素升序排列后,位于位置 ⌈len/2⌉(1-indexed)的元素。例如子数组长度为 5,则中位数是第 3 个元素;长度为 4,则是第 2 个元素(非平均值!),即下取整意义上的“左中位数”。这一点极易被误读为偶数长度时取中间两数平均值——但题目明确说明:“ceil(len/2) is called the median”,因此 中位数恒为排序后索引 k = (len - 1) / 2(0-indexed)处的元素

✅ 正确计算中位数索引(0-indexed)

设子数组长度 len = R - L + 1,则 1-indexed 中位位置为 pos = ⌈len/2⌉,对应 0-indexed 索引为:

int k = (len - 1) / 2; // 等价于 (int) Math.ceil(len / 2.0) - 1

例如:

  • len=5 → k = (5-1)/2 = 2 → 第 3 个元素(0-indexed 下标 2)✅
  • len=4 → k = (4-1)/2 = 1 → 第 2 个元素(0-indexed 下标 1)✅
⚠️ 注意:你提供的“尝试代码”中存在多处逻辑错误: median(int N, int[] A) 方法未使用参数 N 实际长度,却对整个 A 排序; getMedian() 递归截断逻辑(Arrays.copyOfRange(A, 1, mid+1))与题目要求的 Q 次任意 [L,R] 查询完全无关; 示例输出 3, 4, 5 对应输入 {2,4,5,3,1,6} 并未说明查询区间,实际应为: Query1: [1,3] → {2,4,5} → sorted → {2,4,5} → median = 4?但示例输出首项是 3 → 实际应为 [1,5]: {2,4,5,3,1} → sorted {1,2,3,4,5} → median = 3; 因此示例隐含查询为 [1,5], [2,4], [3,6] 等,需严格按输入 L,R 提取子数组。

✅ 标准解法(适用于 Q ≤ 5×10⁴ 的务实方案)

由于 N, Q 同阶于 5×10⁴,对每个查询都 Arrays.sort(subarray) 的时间复杂度为 O(Q × len × log len),最坏情况(如每次查整个数组)达 O(Q × N log N) ≈ 5e4 × 5e4 × log(5e4) ≈ 10¹⁰,Java 中必然超时。但若数据无极端卡点,且平均子数组较短,该方法仍可作为基准实现:

Motiff
Motiff

Motiff是由猿辅导旗下的一款界面设计工具,定位为“AI时代设计工具”

下载
import java.util.*;

public class MedianQueries {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int N = sc.nextInt();
        int[] A = new int[N];
        for (int i = 0; i < N; i++) A[i] = sc.nextInt();

        int Q = sc.nextInt();
        while (Q-- > 0) {
            int L = sc.nextInt() - 1; // convert to 0-indexed
            int R = sc.nextInt() - 1;
            int len = R - L + 1;
            int[] sub = Arrays.copyOfRange(A, L, R + 1);
            Arrays.sort(sub);
            int k = (len - 1) / 2; // 0-indexed median position
            System.out.println(sub[k]);
        }
    }
}

? 进阶优化方向(应对严格时限)

若需真正通过 N, Q = 5×10⁴ 的极限数据,应转向以下技术之一:

  • Mo's Algorithm + Balanced BST / Fenwick Tree:离线处理,按块排序查询,维护当前区间内元素频次,二分查找第 k 小值 —— 时间复杂度 O((N + Q) √N log A_max);
  • 整体二分 / 主席树(可持久化线段树):支持在线查询任意区间第 k 小,预处理 O(N log A_max),单次查询 O(log A_max);
  • 随机快速选择(QuickSelect):对每个子数组调用 select(sub, k),期望 O(len),避免全排序,实践中常比 Arrays.sort() 更快。

✅ 总结

  • 中位数定义以 ⌈len/2⌉(1-indexed)为准 → 对应 0-indexed 下标 (len-1)/2;
  • 勿混淆“数学中位数”(偶数长取均值)与本题“竞赛定义中位数”(恒取左中位);
  • 初学推荐先实现朴素 sort + index 版本验证逻辑;
  • 生产级或 OJ 高分需掌握 QuickSelect 或主席树等高级数据结构。

掌握此题,是深入理解区间查询、排序与选择算法边界的良好起点。

相关专题

更多
java
java

Java是一个通用术语,用于表示Java软件及其组件,包括“Java运行时环境 (JRE)”、“Java虚拟机 (JVM)”以及“插件”。php中文网还为大家带了Java相关下载资源、相关课程以及相关文章等内容,供大家免费下载使用。

826

2023.06.15

java正则表达式语法
java正则表达式语法

java正则表达式语法是一种模式匹配工具,它非常有用,可以在处理文本和字符串时快速地查找、替换、验证和提取特定的模式和数据。本专题提供java正则表达式语法的相关文章、下载和专题,供大家免费下载体验。

727

2023.07.05

java自学难吗
java自学难吗

Java自学并不难。Java语言相对于其他一些编程语言而言,有着较为简洁和易读的语法,本专题为大家提供java自学难吗相关的文章,大家可以免费体验。

732

2023.07.31

java配置jdk环境变量
java配置jdk环境变量

Java是一种广泛使用的高级编程语言,用于开发各种类型的应用程序。为了能够在计算机上正确运行和编译Java代码,需要正确配置Java Development Kit(JDK)环境变量。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来阅读学习。

396

2023.08.01

java保留两位小数
java保留两位小数

Java是一种广泛应用于编程领域的高级编程语言。在Java中,保留两位小数是指在进行数值计算或输出时,限制小数部分只有两位有效数字,并将多余的位数进行四舍五入或截取。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来阅读学习。

398

2023.08.02

java基本数据类型
java基本数据类型

java基本数据类型有:1、byte;2、short;3、int;4、long;5、float;6、double;7、char;8、boolean。本专题为大家提供java基本数据类型的相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

445

2023.08.02

java有什么用
java有什么用

java可以开发应用程序、移动应用、Web应用、企业级应用、嵌入式系统等方面。本专题为大家提供java有什么用的相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

429

2023.08.02

java在线网站
java在线网站

Java在线网站是指提供Java编程学习、实践和交流平台的网络服务。近年来,随着Java语言在软件开发领域的广泛应用,越来越多的人对Java编程感兴趣,并希望能够通过在线网站来学习和提高自己的Java编程技能。php中文网给大家带来了相关的视频、教程以及文章,欢迎大家前来学习阅读和下载。

16884

2023.08.03

php源码安装教程大全
php源码安装教程大全

本专题整合了php源码安装教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

177

2025.12.31

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
Kotlin 教程
Kotlin 教程

共23课时 | 2.2万人学习

C# 教程
C# 教程

共94课时 | 5.9万人学习

Java 教程
Java 教程

共578课时 | 41.2万人学习

关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号