给定一个整数数组A 1,A 2,…,A n,包括负数和正数,以及另一个整数S。现在我们需要在数组中找到三个不同的整数,它们的和最接近给定的整数S如果存在多个解决方案,那么任何一个都可以。
您可以假设所有整数都在int32_t范围内,并且计算总和不会发生算术溢出。S没什么特别,只是一个随机选择的数字。
除了蛮力搜索以外,还有什么有效的算法可以找到三个整数?
是的 我们可以在O(n 2)时间内解决这个问题!首先,考虑P可以用稍有不同的方式等效地表述您的问题,从而消除对“目标值”的需求:
P
原来的问题P:给定一个阵列A的n整数和目标值S,就存在着从一个3元组A求和以S? 修改后的问题P':给定一个整数数组A,n从A该和到零是否存在3元组?
原来的问题P:给定一个阵列A的n整数和目标值S,就存在着从一个3元组A求和以S?
A
n
S
修改后的问题P':给定一个整数数组A,n从A该和到零是否存在3元组?
P'
请注意,您可以从这个版本的问题,去P'从P通过从每个元素减去你的S / 3 A,但现在你不需要目标值了。
显然,如果仅测试所有可能的三元组,就可以解决O(n 3)中的问题-这是蛮力基准。有可能做得更好吗?如果我们以更聪明的方式选择元组怎么办?
首先,我们花一些时间对数组进行排序,这使我们付出了O(n log n)的初始代价。现在我们执行以下算法:
for (i in 1..n-2) { j = i+1 // Start right after i. k = n // Start at the end of the array. while (k >= j) { // We got a match! All done. if (A[i] + A[j] + A[k] == 0) return (A[i], A[j], A[k]) // We didn't match. Let's try to get a little closer: // If the sum was too big, decrement k. // If the sum was too small, increment j. (A[i] + A[j] + A[k] > 0) ? k-- : j++ } // When the while-loop finishes, j and k have passed each other and there's // no more useful combinations that we can try with this i. }
该算法的工作原理是将三分,i,j,和k在阵列中的各个点。i从一开始就开始,然后慢慢地发展到最后。k指向最后一个元素。j指向i起点。我们迭代地尝试对元素在它们各自的索引处进行求和,并且每次发生以下情况之一:
i
j
k
对于每一个i的指针j,并k会逐渐更接近对方。最终,它们将相互传递,并且在那一刻,我们不需要尝试任何其他操作i,因为我们将以相同的顺序对相同的元素求和。在那之后,我们尝试下一个i并重复。
最终,我们将耗尽所有有用的可能性,或者找到解决方案。您可以看到这是O(n 2),因为我们执行了外循环O(n)次,执行了内循环O(n)次。如果您真的很喜欢,可以通过将每个整数表示为一个位向量并执行快速傅里叶变换,来进行次二次级处理,但这超出了此答案的范围。
注意: 因为这是一个采访问题,所以我在这里作了一些欺骗:该算法允许多次选择相同的元素。也就是说,(-1,-1,2)和(0,0,0)都是有效的解决方案。如标题所提到的,它也只找到 确切的 答案,而不是最接近的答案。作为读者的练习,我将让您弄清楚如何使其仅适用于不同的元素(但这是一个非常简单的更改)和确切的答案(这也是一个简单的更改)。