一個數組中只有0,1,2三種元素,要求對這樣的數組進行排序


1.思路:

1.1思路1:

  第一眼看到這樣的題目,會舉得非常簡單,只需要兩次遍歷數組就可以完成了。第一次遍歷,掃描數組中的元素,每次遇到0則count0++,遇到1則count1++,遇到2則count2++,這樣一趟下來就能夠統計出數組中0,1,2的個數了。然后第二次遍歷的時候,只需要對數組進行重新賦值就可以了,從頭開始賦值count0個0,count1個1,count2個2。最終完成對數組的排序。

(計數排序做法)

1.2思路2:

  既然是面試題,那么肯定不會讓你這么簡單就解決出來了的。面試官說,加入只能進行一次遍歷怎么辦,然后你就不知道了。

  這道題目如果只能進行一次遍歷,我們肯定會想到使用多指針。這種題目之前碰到過很多。類似折半查找需要設置兩個指針,不過這道題目卻需要三個指針,分別指向數組中0,1,2三個元素末尾。加入有排好序的數組{0,0,1,1,2,2},那么p0指向下標為1的那個0,p1指向下標為3的那個1,而p2則指向下標為5的那個2。

p0和p1從前往后掃描,p2從后往前掃描,

初始化時:

p0指向第一個非0元素,那么arry[p0]=1||2

p1指向第一個非1元素,那么arry[p1]=0||2

p2指向第一個非2元素,那么arry[p2]=0||1

假如:

arry[p0]==2,arry[p2]==0,交換兩個元素

arry[p1]==2,arry[p2]==1,交換兩個元素

arry[p0]==1,arry[p1]==0,交換兩個元素

否則的話只可能是p0,p1,p2指向的三個數各不相同,那么進行如下賦值

arry[p0]==0,arry[p1]==1,arry[p2]==2。

假如經過上述swap以后出現i>k的情況,將k=i。

原題

排序只有1,2,3三個元素的數組,不能統計1,2,3的個數。

分析

這個題目,盡管也是排序,但卻不能使用快速排序的方法。只有三個元素,如果時間復雜度仍舊是O(nlogn),顯然不是最好的。那就可以使用線性的排序算法,例如計數排序,可是題目中要求,不能夠對1,2,3進行統計個數。那該如何處理呢?請大家看下面的方法,我們首先通過例子來說明:

2 1 1 3 3 2
p1 p2       p3

假設,我們有三個指針:p1、p2、p3.p1從左側開始,指向第一個非1的數字;p3從右側開始,指向第一個非3的數字。p2從p1開始遍歷,如果是2,p2繼續遍歷,直到p2遇到1或者3:

  1. 如果遇到1,則和p1進行交換,然后p1向右,指向第一個非1的數字

  2. 如果遇到3,則和p3進行交換,然后p3向左,指向第一個非3的數字

1 2 1 3 3 2
  p1,p2       p3

交換之后,p2繼續從p1開始,如果是2繼續遍歷,如果是1或者3,重復上面的步驟,所得如下:

1 1 2 3 3 2
    p1,p2     p3

根據上面的方法繼續下去

1 1 2 2 3 3
    p1 p3 p2  

p2在p3右側,算法結束。

總結一下上面的算法:

p1從左側開始,指向第一個非1的數字;p3從右側開始,指向第一個非3的數字。

  1. p2從p1開始遍歷,如果是2,p2繼續遍歷,直到p2遇到1或者3

  2. 如果遇到1,則和p1進行交換,然后p1向右,指向第一個非1的數字

  3. 如果遇到3,則和p3進行交換,然后p3向左,指向第一個非3的數字

重復上面的步驟,直到p2在p3的右側結束。感覺思路有bug: [2,0,1] (不同)

void sort(int arr[],int len)
{
    int i = 0;//頭指針指向0
    int  j = len - 1;//尾指針指向2
    int k = 0;

    while (arr[i] == 0)
        i++;
    k = i + 1;

    while (arr[j] == 2)
        j--;

    while (k < j)
    {
        if (arr[k] == 1)
            k++;
        else if (arr[k] == 0)
        {
            swap(arr[i], arr[k]);
            while (arr[i] == 0)
                i++;
        }
        else if (arr[k] == 2)
        {
            swap(arr[k], arr[j]);
            while (arr[j] == 2)
                j--;
        }
    }
}

最巧妙的思路

我們將1,2,3,替換為互質的2,3,5,得到如下:

2 1 1 3 3 2
3 2 2 5 5 3

之后,乘起來得到的900.這900里,除以2,有多少個2,就有多少個1;然后除以3,有多少個3,就有多少個3對應的2;然后除以5,有多少個5,就有多少個5對應的3。這是如何保證的呢?因為2,3,5是互質的。

如下:(分解質因數)

被除數 除數 余數 排序結果
900 2 450 0 1
450 2 225 0 1
225 2 112 1 2嘗試結束,嘗試3
225 3 75 0 2
75 3 25 0 2
25 3 8 1 3嘗試結束,嘗試5
25 5 5 0 3
5 5 1 0 3
1 5 1 1 全部結束

最終結果為112233.上面的這種思路,實際上是計數的一種變種。


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