[优选算法专题八.分治-归并 ——NO.49 翻转对]

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493. 翻转对

题目描述

题目解析

总体功能概述

代码通过归并排序将数组不断二分,在合并阶段统计三类翻转对:左子数组内部的、右子数组内部的、跨左右子数组的,最终返回总数。时间复杂度为 O (n log n) ,空间复杂度为 O (n)。

逐段逻辑解析

1. 主函数 reversePairs
cpp 复制代码
int reversePairs(vector<int>& nums) {
    int n = nums.size();
    if (n < 2)
        return 0;

    temp.resize(n);
    return mergeSortAndCount(nums, 0, n - 1);
}
  • 处理边界情况:数组长度小于 2 时,直接返回 0(无翻转对)。
  • 初始化辅助数组temp,调用核心函数mergeSortAndCount开始分治统计。
2. 核心分治函数 mergeSortAndCount
cpp 复制代码
int mergeSortAndCount(vector<int>& nums, int left, int right) {
    if (left >= right)
        return 0;

    int mid = left + (right - left) / 2;
    // 分治:统计左右子数组内部的翻转对,并排序
    int count = mergeSortAndCount(nums, left, mid) +
                mergeSortAndCount(nums, mid + 1, right);

    // 统计跨左右子数组的翻转对
    int i = left, j = mid + 1;
    while (i <= mid && j <= right) {
        if ((long long)nums[i] > 2LL * nums[j]) {
            count += mid - i + 1; // i到mid的所有元素都满足条件
            j++;
        } else {
            i++;
        }
    }

    // 合并两个有序数组
    merge(nums, left, mid, right);

    return count;
}
  • 递归终止条件:子数组长度为 1 时,返回 0(无翻转对)。
  • 分治统计:递归统计左、右子数组的翻转对数量并求和。
  • 跨数组统计 :利用双指针法高效统计跨左右子数组的翻转对:
    • nums[i] > 2*nums[j],则左子数组中imid的所有元素都满足条件(因左子数组有序),直接累加mid - i + 1,并移动j
    • 否则移动i,继续检查。
  • 合并数组 :调用merge函数将左右子数组合并为有序数组,为上层统计做准备。
3. 合并函数 merge
cpp 复制代码
void merge(vector<int>& nums, int left, int mid, int right) {
    int i = left, j = mid + 1, k = left;

    while (i <= mid && j <= right) {
        if (nums[i] <= nums[j]) {
            temp[k++] = nums[i++];
        } else {
            temp[k++] = nums[j++];
        }
    }

    while (i <= mid)
        temp[k++] = nums[i++];
    while (j <= right)
        temp[k++] = nums[j++];

    // 复制回原数组
    for (int p = left; p <= right; ++p) {
        nums[p] = temp[p];
    }
}
  • 标准归并排序的合并逻辑:用双指针遍历左右子数组,将较小元素依次放入temp
  • 处理剩余元素:将左 / 右子数组中未处理完的元素直接追加到temp
  • 复制回原数组:将temp中有序的结果覆盖原数组对应区间,保证子数组有序。

输入与输出分析

  • 输入 :整数数组nums,如[1,3,2,3,1]。
  • 输出 :重要翻转对的数量,如输入[1,3,2,3,1]时输出2(对应数对(3,1)和(3,1))。

使用与扩展指南

  • 直接调用reversePairs函数即可得到结果,无需额外操作。
  • 若需统计其他条件的逆序对(如nums[i] > nums[j]),只需修改跨数组统计的判断条件(如去掉2*)。

总结

  • 核心思想:归并排序的分治特性,将统计翻转对的问题分解为子问题,利用有序子数组的特性高效统计。
  • 关键优化:双指针法线性统计跨数组翻转对,避免暴力枚举的 O (n²) 复杂度。
  • 注意点 :使用long long防止2*nums[j]溢出,确保判断条件准确。
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