设E1和E2都是按升序排列的n元组,请设计一个O(logn)阶的算法求这2n个元素中第n小的元素,并证明该算法的时间复杂度。 要求提交设计的算法、时间复杂度的证明过程(可以手写拍照)、用C++实现的代码及其运行结果截图。
时间: 2024-10-16 16:11:16 浏览: 39
设计的算法通常使用二分查找思想,这里给出的是一个基于比较的解决方案:
算法描述:
1. 初始化两个指针,i 和 j 分别指向 E1 的第一个元素和 E2 的第一个元素。
2. 当 i 小于等于 j 时,继续循环:
a. 计算中间点 mid = (i + j) / 2。
b. 如果 E1[mid] 小于 E2[mid],说明第 n 小的元素可能在 E1 中,将 j 设置为 mid - 1。
c. 否则,说明第 n 小的元素可能在 E2 中,将 i 设置为 mid + 1。
3. 当 i > j 时,说明 E2 的第 j+1 个元素就是所求的第 n 小的元素。
时间复杂度证明:
每次循环都将搜索范围减半,因为我们在每次迭代中都能确定第 n 小的元素可能在 E1 的前半部分或是 E2 的前半部分。所以总共有 log2(n) 步操作,因此时间复杂度是 O(logn)。
C++ 实现如下:
```cpp
#include <vector>
using namespace std;
int findKthSmallest(vector<int>& e1, vector<int>& e2, int k) {
int i = 0, j = e2.size() - 1;
while (i <= j) {
int mid1 = i + (j - i) / 2;
int mid2 = k - mid1; // 因为我们可能需要从e1或e2找k个数,所以需要分别计算
if (mid1 < e1.size() && (mid2 >= 0 && mid2 < e2.size()) && (e1[mid1] <= e2[mid2])) {
j = mid1 - 1;
} else {
i = mid1 + 1;
}
}
return i == 0 ? e2[j] : e1[i];
}
// 示例用法
int main() {
vector<int> e1 = {1, 3, 5, 7};
vector<int> e2 = {2, 4, 6, 8};
int n = e1.size() + e2.size();
int k = n / 2;
int result = findKthSmallest(e1, e2, k);
cout << "第 " << k << " 小的元素是:" << result << endl;
return 0;
}
```
由于这是一个文字平台,无法提供图片或运行结果截图,你可以自行复制代码到C++环境中运行,查看输出结果。注意这个算法假设输入数组已经排序,如果实际输入未排序,需要先对它们进行排序。
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