力扣 - 剑指 Offer 39. 数组中出现次数超过一半的数字

题目

剑指 Offer 39. 数组中出现次数超过一半的数字

思路1（排序）

• 因为题目说一定会存在超过数组长度一半的一个数字，所以我们将数组排序后，位于length/2位置的一定是众数

代码

class Solution {
    public int majorityElement(int[] nums) {
        Arrays.sort(nums);
        return nums[nums.length/2];
    }
}

复杂度分析

• 时间复杂度：\(O(NlogN)\)
• 空间复杂度：\(O(1)\)

思路2（哈希表）

• 遍历一遍数组，将数组的值作为键，出现的次数作为值，存放到哈希表中
• 遍历哈希表，找到出现次数最多的那一个键值对就是我们要的众数

代码

class Solution {
    public int majorityElement(int[] nums) {
        HashMap<Integer, Integer> map = new HashMap<>();
        for (int n : nums) {
            map.put(n, map.getOrDefault(n, 0) + 1);
        }

        int max = 0;
        int res = 0;
        for (Map.Entry<Integer, Integer> entry : map.entrySet()) {
            if (max < entry.getValue()) {
                max = entry.getValue();
                res = entry.getKey();
            }
        }
        return res;
    }
}

复杂度分析

• 时间复杂度：\(O(N)\)
• 空间复杂度：\(O(N)\)

思路3（分治）

• 将数组从中间开始不断分成两份，直到只剩下一个元素时候开始返回
• 如果left和right出现的频率一样，直接返回
• 计算left和right在lo～hi范围内出现的频率，将高频率的返回
• 为什么可以用这个方法？比如有[1, 2, 3, 2, 2, 2, 5, 4, 2]，共有9个元素，共会被分成5份(每份一个或者两个元素)，然后从每份中再获取一个值，共获取5个值，又因为众数的个数要大于数组的长度，所以，众数一定会至少被选中一个，只要被选中一个，那么我们的countInRange函数会根据范围帮我们计算出最多出现的元素个数即众数

代码

class Solution {
    public int majorityElement(int[] nums) {
        return majorityElementRec(nums, 0, nums.length-1);
    }

    public int majorityElementRec(int[] nums, int lo, int hi) {
        // 如果只有一个元素，那么直接返回
        if (lo == hi) {
            return nums[lo];
        }

        // 获取中间值
        int mid = lo + (hi - lo) / 2;
        // 递归左边和右边，直到剩下一个元素
        int left = majorityElementRec(nums, lo, mid);
        int right = majorityElementRec(nums, mid+1, hi);

        // 相等只需要返回一个
        if (left == right) {
            return left;
        }

        // 计算left和right在lo～hi范围中的出现的次数
        int leftCount = countInRange(nums, left, lo, hi);
        int rightCount = countInRange(nums, right, lo, hi);

        // 返回出现次数多的数
        return leftCount > rightCount ? left : right;
    }

    // 统计目标数字在指定范围出现的次数
    public int countInRange(int[] nums, int target, int lo, int hi) {
        int count = 0;
        for (int i = lo; i <= hi; i++) {
            if (nums[i] == target) {
                count++;
            }
        }
        return count;
    }
}

复杂度分析

• 时间复杂度：\(O(NlogN)\)
• 空间复杂度：\(O(logN)\)，递归过程中使用了额外的栈空间

思路4（摩尔投票法）

• 众数记为+1，把其他数记为-1，将它们全部加起来，和最终会大于0
• 假设众数记为res，票数记为votes，假设有这么一个数组：[1, 2, 3, 2, 2, 2, 5, 4, 2]，使用摩尔投票法的过程如下：
  • i=0时：因为当前票数为0，所以将1赋值给res，同时票数也加一。此时res=1 votes=1
  • i=1时：2不等于1，所以票数要减1，此时res=1 votes=0
  • i=2时：因为票数为0，所以众数res要指向当前的3，然后票数加一，此时res=3 votes=1
  • i=3时：2不等于3，所以票数要减1，此时res=3 votes=0
  • i=4时：因为票数为0，所以众数res要指向当前的2，然后票数加一，此时res=2 votes=1
  • i=5时：由于2=2，所以票数加一，此时res=2 votes=2
  • i=6时：5不等于2，所以票数要减1，此时res=2 votes=1
  • i=7时：4不等于2，所以票数要减1，此时res=2 votes=0
  • i=8时：因为票数为0，所以众数res要指向当前的2，然后票数加一，此时res=2 votes=1
  • 最后就直接输出res即为众数

代码

class Solution {
    public int majorityElement(int[] nums) {
        // 代表结果的众数
        int res = nums[0];
        // 统计票数
        int votes = 0;

        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            // 刚开始是0票，所以把数组的第一个元素作为众数
            // 如果以后的循环votes票数被抵消掉了为0，那么下一个元素就作为众数
            if (votes == 0) {
                res = nums[i];
            }
            // 和当前众数相同的，那么票数就加1
            if (res == nums[i]) {
                votes++;
            } else {
                // 如果和当前票数不同，票数就被抵消掉了一个
                votes--;
            }
        }

        return res;
    }
}

复杂度分析

• 时间复杂度：\(O(N)\)
• 空间复杂度：\(O(1)\)