算法剖析1:摩尔投票算法 ——寻找出现次数超过一半的数

一、算法概述

在算法面试和刷题中,我们经常会遇到这样一类问题:在一个数组中找到出现次数超过一半的元素。如果用暴力统计或者哈希表的方法,虽然能解决问题,但要么时间复杂度高,要么空间复杂度不够理想。今天我要给大家介绍的摩尔投票法(Boyer-Moore Majority Vote Algorithm),正是解决这类问题的 "最优解",它可以在 O(N) 时间复杂度和 O(1) 空间复杂度内找到答案。

二、问题背景

现在给你一个长度为n的数组,有一个数出现次数最多,请你设计一个算法找出这个数。

这道题的核心就是 "找多数元素"------ 即出现次数最多的元素唯一。题目保证这样的元素一定存在,这也是摩尔投票法能够生效的前提条件。

方案一:暴力统计

数据量大时,容易超时

方案二;哈希法

空间开销大

方案三:摩尔投票法

完美解决

三、算法理解

想象一下,你现在来到一个新的班级,年级主任要求你们班必须得有一个班长,并且现在就得选出来。而你作为班主任,在不知道谁更适合的情况下,你会怎么做呢?你会这样做,从序号为1同学开始,让每个人开始当班长。按以下规则筛选:

令 临时班长=张三 可靠度=1(默认选择相信他)

1.如果当前班长没有可靠度,换人 //滚蛋

2.如果临时班长被人投诉,可靠度-1;//支持

3.如果临时班长干的还不错,表扬一波,可靠度+1;//不支持

四、算法原理

  • 由于题目保证存在一个数字出现次数最多,我们可以通过 "抵消" 的思想来找到这个数。

  • 维护一个候选数 candidate 和一个计数器 count

  • 遍历矩阵中的每个元素:

    • 如果 count == 0,就将当前元素设为候选数。

    • 如果当前元素等于候选数,count++;否则,count--

  • 最终剩下的候选数就是出现次数超过一半的数。

五、算法实现

令 currNum=?(暂时不知道),count=0

遍历数组:(int an

(假设当前数为ai)

if(count==0)

{

currNum=ai;

count++;//默认投支持票

}

else if(currNum==ai)count++;

else if(currNum!=ai)count--;

这样们就可以找到出现次数最多的元素了

六、真题实解

代码

cpp 复制代码
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std; 

int main()
{
	ios::sync_with_stdio(0),cin.tie(0),cout.tie(0);
	int n,m;
	cin>>n>>m;
	int count=0;
	int wait;
	for(int i=0;i<n;i++)for(int j=0;j<m;j++)
	{
		int x;
		cin>>x;
		if(count==0)
    {
      wait=x;
      count++;
    }
		else if(wait==x)count++;
		else if(wait!=x)count--;
	}
	cout<<wait<<endl;
	return 0;
}
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