LeetCode Hot 100 搜索旋转排序数组

整数数组 nums 按升序排列,数组中的值 互不相同 。

在传递给函数之前,nums 在预先未知的某个下标 k(0 <= k < nums.length)上进行了 旋转 ,使数组变为 [nums[k], nums[k+1], ..., nums[n-1], nums[0], nums[1], ..., nums[k-1]](下标 从 0 开始 计数)。例如, [0,1,2,4,5,6,7] 在下标 3 处经旋转后可能变为 [4,5,6,7,0,1,2] 。

给你 旋转后 的数组 nums 和一个整数 target ,如果 nums 中存在这个目标值 target ,则返回它的下标,否则返回 -1 。

你必须设计一个时间复杂度为 O(log n) 的算法解决此问题。

示例 1:

复制代码
输入:nums = [4,5,6,7,0,1,2], target = 0
输出:4

示例 2:

复制代码
输入:nums = [4,5,6,7,0,1,2], target = 3
输出:-1

示例 3:

复制代码
输入:nums = [1], target = 0
输出:-1

📖 文字题解

方法一:二分查找

思路和算法

对于有序数组,可以使用二分查找的方法查找元素。

但是这道题中,数组本身不是有序的,进行旋转后只保证了数组的局部是有序的,这还能进行二分查找吗?答案是可以的。

可以发现的是,我们将数组从中间分开成左右两部分的时候,一定有一部分的数组是有序的。拿示例来看,我们从 6 这个位置分开以后数组变成了 [4, 5, 6] 和 [7, 0, 1, 2] 两个部分,其中左边 [4, 5, 6] 这个部分的数组是有序的,其他也是如此。

这启示我们可以在常规二分查找的时候查看当前 mid 为分割位置分割出来的两个部分 [l, mid] 和 [mid + 1, r] 哪个部分是有序的,并根据有序的那个部分确定我们该如何改变二分查找的上下界,因为我们能够根据有序的那部分判断出 target 在不在这个部分:

  • 如果 [l, mid - 1] 是有序数组,且 target 的大小满足 nums\[l,numsmid),则我们应该将搜索范围缩小至 [l, mid - 1],否则在 [mid + 1, r] 中寻找。
  • 如果 [mid, r] 是有序数组,且 target 的大小满足 (numsmid+1,numsr],则我们应该将搜索范围缩小至 [mid + 1, r],否则在 [l, mid - 1] 中寻找。

需要注意的是,二分的写法有很多种,所以在判断 target 大小与有序部分的关系的时候可能会出现细节上的差别。

cpp 复制代码
class Solution {
public:
    int search(vector<int>& nums, int target) {
        int n = (int)nums.size();
        int left = 0, right = n-1;
        if(!n)
        {
            return -1;
        }
        if(n == 1)
        {
            return nums[0] == target ? 0 : -1;
        }
        while(left <= right)
        {
            int mid = (right + left) /2;
            if(nums[mid] == target) return mid;
            if(nums[0] <= nums[mid])
            {
                if(nums[0] <= target && target < nums[mid])
                {
                    right = mid - 1;
                }
                else
                {
                    left = mid + 1;
                }
            }
            else
            {
                if(nums[mid] < target && target <= nums[n - 1])
                {
                    left = mid + 1;
                } 
                else
                {
                    right = mid - 1;
                }
            }
        }
        return -1;
    }
};
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