【二分查找】二分查找算法练习题

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题目一

278. 第一个错误的版本

你是产品经理,目前正在带领一个团队开发新的产品。不幸的是,你的产品的最新版本没有通过质量检测。由于每个版本都是基于之前的版本开发的,所以错误的版本之后的所有版本都是错的。

假设你有 n 个版本 [1, 2, ..., n],你想找出导致之后所有版本出错的第一个错误的版本。

你可以通过调用 bool isBadVersion(version) 接口来判断版本号 version 是否在单元测试中出错。实现一个函数来查找第一个错误的版本。你应该尽量减少对调用 API 的次数。

示例 1:
输入:n = 5, bad = 4
输出:4
解释:
调用 isBadVersion(3) -> false
调用 isBadVersion(5) -> true
调用 isBadVersion(4) -> true
所以,4 是第一个错误的版本。

示例 2:
输入:n = 1, bad = 1
输出:1

提示:
1 <= bad <= n <= 231 – 1

题解

这可以理解成一个二分查找求左边界的问题。

# The isBadVersion API is already defined for you.
# def isBadVersion(version: int) -> bool:

class Solution:
    def firstBadVersion(self, n: int) -> int:
        # 左边界
        left = 1
        right = n
        while left<=right:
            mid = (left+right)//2
            if isBadVersion(mid):
                right = mid-1
            if not isBadVersion(mid):
                left = mid+1
        return left

题目二

268. 丢失的数字

给定一个包含 [0, n]n 个数的数组 nums ,找出 [0, n] 这个范围内没有出现在数组中的那个数。

示例 1:
输入:nums = [3,0,1]
输出:2
解释:n = 3,因为有 3 个数字,所以所有的数字都在范围 [0,3] 内。2 是丢失的数字,因为它没有出现在 nums 中。

示例 2:
输入:nums = [0,1]
输出:2
解释:n = 2,因为有 2 个数字,所以所有的数字都在范围 [0,2] 内。2 是丢失的数字,因为它没有出现在 nums 中。

示例 3:
输入:nums = [9,6,4,2,3,5,7,0,1]
输出:8
解释:n = 9,因为有 9 个数字,所以所有的数字都在范围 [0,9] 内。8 是丢失的数字,因为它没有出现在 nums 中。

示例 4:
输入:nums = [0]
输出:1
解释:n = 1,因为有 1 个数字,所以所有的数字都在范围 [0,1] 内。1 是丢失的数字,因为它没有出现在 nums 中。

提示:
n == nums.length
1 <= n <= 104
0 <= nums[i] <= n
nums 中的所有数字都 独一无二

题解

此题解法有多种思路:

  1. 先排序,然后二分查找,当出现位置索引和数字不匹配时,该位置本该出现的数字就是缺少的那一个数字。

  2. 运用异或的性质,例如1 ^ 1 ^ 2 ^ 2 ^ 3 = 3 的性质,将完整数组内数字与该数组数字全部异或,得到的值就是缺的那一个数字。

复杂度分析
时间复杂度:O(n),其中 n 是数组 nums 的长度。需要对 2n+1 个数字计算按位异或的结果。
空间复杂度:O(1)

class Solution:
    def missingNumber(self, nums: List[int]) -> int:
        xor = 0
        for i, num in enumerate(nums):
            # 1^1^2^2^3=3
            xor = xor ^ i ^ num
        return xor ^ len(nums)

题目来自LeetCode。

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