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問題:
      原題叫“尋找發(fā)帖王”,其實就是在n個數(shù)里,存在一個數(shù)x,出現(xiàn)頻率超過n/2的數(shù),要以最小的時間復雜度計算出這個x。

動機:
      這個題目是昨晚無聊時,在CSDN論壇上看到的,起初我是這樣想的:既然有個數(shù)x出現(xiàn)頻率超過n/2,那如果排好序,那么第[n/2]個數(shù)一定就是x。這 樣問題就規(guī)約為這樣一個問題:“計算一組數(shù)的中位數(shù)”?!端惴▽д摗酚刑岢鲞^解決辦法,就是類似快速排序那樣,使用分治算法,在O(n)復雜度內(nèi)解決問 題。但算法性能依賴于數(shù)據(jù)的分布,最壞情況會達到O(n2)。
      后來在網(wǎng)上搜了一下,發(fā)現(xiàn)這居然是《編程之美》上的。記得當初上大學的時候,我還看過,可怎么也想不起來了??吹綍咸岬降乃惴ǎ唤鋈环Q奇!于是產(chǎn)生了個想法,我決定重新看一遍,并且寫一個系列的博客,寫下自己的心得。

引理:
      n個數(shù)中,數(shù)x出現(xiàn)頻率超過n/2,那么從中去掉一對不相等的兩個數(shù),x在剩下的(n-2)個數(shù)中的出現(xiàn)頻率依然超過n/2。

證明:
      假設x出現(xiàn)了m次,則m > n/2,原頻率P0 = m/n > 1/2,從n個數(shù)中去掉一對不相同的兩個數(shù)<a, b>,有兩種情況:
  1. a != x, b != x。頻率P1 = m/(n-2) > m/n > 1/2
  2. a = x, b != x。 頻率P1 = (m - 1)/(n - 2)。P1 - P0 = (2m - n)/n(n - 2) > 0。則 P1 > P0 > 1/2

算法分析:

      其實說到底非常簡單,就是在一堆數(shù)里隨便拿一個數(shù),再找一個與它不相等的,然后一起扔掉,這樣問題規(guī)模不斷縮小,最終等到找不到一個不相等的數(shù)時,就成功 了。但要簡化算法,就不能每拿一個數(shù)就統(tǒng)統(tǒng)找一遍??梢钥紤]準備一個隊列,隊列里放著暫時扔不掉的數(shù)。如從頭開始,將a[0]放入隊列,再看a[1],如 果a[0] != a[1],則扔掉a[1]和a[0],a[0]從隊列取出;如果a[0] == a[1],則a[1]入隊列,然后a[2]進行相同的操作,以此類推。

      解法依然可以優(yōu)化。顯而易見,隊列里所有的數(shù)總是全部相等的,既然相等就沒有必要存入隊列,只要知道:1.假想的隊列里的數(shù)什么 2.隊列的長度。

      這樣就得到了《編程之美》中的代碼了:

 1 int data_more_than_half(const int arr[], const size_t size) {
 2     int candidate;
 3     int count = 0;
 4 
 5     for(size_t i = 0; i < size; i++) {
 6         if (count == 0) {
 7             candidate = arr[i];
 8             count = 1;
 9         }
10         else {
11             if (candidate == arr[i]) {
12                 count++;
13             }
14             else {
15                 count--;
16             }
17         }
18     }
19     return candidate;
20 }


應用:

      代碼看似簡單,但我感到意猶未盡,正回味著,突然想到一個問題:如果條件(存在一個出現(xiàn)頻率超過一半的數(shù))不滿足,那會出現(xiàn)什么情況?如何避免呢?

      很顯然,我們的解法就是基于這樣一個條件的,一旦條件不滿足,得到的數(shù)就沒有任何意義。但不難發(fā)現(xiàn),避免問題的出現(xiàn)也非常簡單:驗證找到的數(shù)是否出現(xiàn)頻率超過一半。

      這也是個常用的方法:假設檢驗法。

      對于一個數(shù)組,假設存在一個數(shù),它出現(xiàn)頻率超過一半。然后在O(n)時間內(nèi)找到這個數(shù),再統(tǒng)計它出現(xiàn)的頻率。這樣就完美了!

      于是可以得到一個同解的跳躍式問題:檢查一個數(shù)組中,是否存在一個數(shù),它出現(xiàn)頻率超過一半。

posted on 2012-05-23 00:39 夜風 閱讀(2341) 評論(4)  編輯 收藏 引用 所屬分類: 編程之美心得

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# re: 編程之美----尋找出現(xiàn)頻率超過一半的數(shù)[未登錄]
2012-05-23 09:31 | ithaca
看來你還沒整明白count是干什么用的。。。  回復  更多評論
  
# re: 編程之美----尋找出現(xiàn)頻率超過一半的數(shù)[未登錄]
2012-05-23 13:16 | yefeng
@ithaca
我的解釋有什么問題嗎?  回復  更多評論
  
# re: 編程之美----尋找出現(xiàn)頻率超過一半的數(shù)[未登錄]
2012-05-23 14:34 | 春秋十二月
在《算法引論》中查找眾數(shù)一節(jié),講解了這種線性時間算法的實現(xiàn),不管眾數(shù)是否存在。提個小問題,P1 - P0 = (2m - n)/n(n - 1) > 0,分母應該是n(n-2)吧  回復  更多評論
  
# re: 編程之美----尋找出現(xiàn)頻率超過一半的數(shù)[未登錄]
2012-05-23 19:42 | yefeng
@春秋十二月
手誤,確實是n(n-2)  回復  更多評論
  
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