算法二刷复盘|旋转排序数组二分双杀(LeetCode 33 & 153)

目录

[一、LeetCode 33:搜索旋转排序数组](#一、LeetCode 33:搜索旋转排序数组)

题目描述

[核心思路:二分 + 有序区间判断](#核心思路:二分 + 有序区间判断)

[Java 完整实现](#Java 完整实现)

复杂度分析

[二、LeetCode 153:寻找旋转排序数组中的最小值](#二、LeetCode 153:寻找旋转排序数组中的最小值)

题目描述

[核心思路:二分 + 无序区间定位](#核心思路:二分 + 无序区间定位)

[Java 完整实现](#Java 完整实现)

复杂度分析

三、两道题核心对比

四、二刷复盘感悟


二刷二分查找,必须拿下旋转排序数组的两道高频变形题。这两道题都是普通二分的进阶应用,核心是利用「旋转后数组必有一半有序」的特性,在对数级时间内完成搜索,也是面试中二分变形的必考题。


一、LeetCode 33:搜索旋转排序数组

题目描述

整数数组 nums 按升序排列,在某个点上进行了旋转(例如 [0,1,2,4,5,6,7] 变为 [4,5,6,7,0,1,2])。在数组中搜索目标值 target,如果存在返回索引,否则返回 -1。要求算法时间复杂度为 O (log n)。

核心思路:二分 + 有序区间判断

普通二分无法直接用于旋转数组,关键是每次二分后,总有一半区间是有序的:

  1. 计算 mid,判断左半区间 [left, mid] 是否有序(nums[left] <= nums[mid]);
  2. 若左半有序,且 target 在 [nums[left], nums[mid]] 范围内,则收缩右边界到 mid-1;否则目标一定在右半区间,收缩左边界到 mid+1;
  3. 若右半区间 [mid, right] 有序(nums[mid] <= nums[right]),且 target 在 [nums[mid], nums[right]] 范围内,则收缩左边界到 mid+1;否则目标一定在左半区间,收缩右边界到 mid-1;
  4. 循环结束仍未找到,返回 -1。

Java 完整实现

java

运行

复制代码
class Solution {
    public int search(int[] nums, int target) {
        int left = 0;
        int right = nums.length - 1;
        while (left <= right) {
            int mid = left + (right - left) / 2;
            if (nums[mid] == target) {
                return mid;
            }
            // 判断左半区间是否有序
            if (nums[left] <= nums[mid]) {
                // target在左半有序区间内,收缩右边界
                if (target >= nums[left] && target < nums[mid]) {
                    right = mid - 1;
                } else {
                    // 否则目标在右半无序区间
                    left = mid + 1;
                }
            } else {
                // 右半区间有序
                if (target > nums[mid] && target <= nums[right]) {
                    // target在右半有序区间内,收缩左边界
                    left = mid + 1;
                } else {
                    // 否则目标在左半无序区间
                    right = mid - 1;
                }
            }
        }
        return -1;
    }
}

复杂度分析

  • 时间复杂度:O (log n),标准二分查找的对数级复杂度;
  • 空间复杂度:O (1),原地操作,无额外空间开销。

二、LeetCode 153:寻找旋转排序数组中的最小值

题目描述

已知一个长度为 n 的数组,预先按照升序排列,经过了多次旋转(每次旋转将最右侧元素移到最左侧)。例如原数组 [0,1,2,4,5,6,7] 旋转后可能为 [4,5,6,7,0,1,2]。请找出数组中的最小值,数组无重复元素,要求时间复杂度为 O (log n)。

核心思路:二分 + 无序区间定位

和 33 题类似,核心还是利用「必有一半有序」的特性:

  1. 若 nums[mid] > nums[right],说明最小值一定在右半无序区间,将左边界移动到 mid + 1;
  2. 若 nums[mid] < nums[right],说明右半区间有序,最小值一定在左半区间(包括 mid),将右边界移动到 mid;
  3. 循环结束时 left == right,即为最小值的索引。

Java 完整实现

java

运行

复制代码
class Solution {
    public int findMin(int[] nums) {
        int left = 0;
        int right = nums.length - 1;
        while (left < right) {
            int mid = left + (right - left) / 2;
            // mid > right 说明最小值在右半无序区间
            if (nums[mid] > nums[right]) {
                left = mid + 1;
            } else {
                // 右半有序,最小值在左半(含mid)
                right = mid;
            }
        }
        return nums[left];
    }
}

复杂度分析

  • 时间复杂度:O (log n),标准二分查找的对数级复杂度;
  • 空间复杂度:O (1),原地操作,无额外空间开销。

三、两道题核心对比

表格

对比项 LeetCode 33 搜索目标值 LeetCode 153 找最小值
核心考点 有序区间判断 + 目标值定位 无序区间定位 + 最小值边界
关键逻辑 每次判断哪一半有序,再判断目标是否在有序区间 每次通过 nums[mid] 和 nums[right] 比较,定位最小值所在区间
循环条件 left <= right(普通二分模板) left < right(边界逼近模板)
面试高频问题 如何处理数组无旋转的情况?如何判断有序区间? 为什么用 nums[mid] 和 nums[right] 比较,不用 nums[left]?

四、二刷复盘感悟

  1. 二分变形的核心是「有序区间的判断」:不管数组如何旋转,只要是升序旋转数组,每次二分后必然有一半区间是有序的,这是解题的关键突破口;
  2. 边界模板要区分使用场景 :33 题用 left <= right 的普通二分模板,153 题用 left < right 的边界逼近模板,不同场景下选择合适的模板能减少边界错误;
  3. 拓展延伸 :如果数组存在重复元素(如 LeetCode 81 题),判断有序区间时需要额外处理 nums[left] == nums[mid] == nums[right] 的情况,此时只能 left++ 收缩边界,最坏时间复杂度会退化为 O (n)。
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