二分练习题2 查找大于等于x的最小元素 题解
题目描述
现在告诉你一个长度为 \(n\) 的有序数组 \(a_1, a_2, ..., a_n\) ,以及 \(q\) 次询问,每次询问会给你一个数 \(x\) ,对于每次询问,你需要输出数组 \(a\) 中大于等于 \(x\) 的最小元素。
输入格式
输入的第一行包含一个整数 \(n(1 \le n \le 100000)\) ,用于表示数组中元素的个数。
输入的第二行包含 \(n\) 个整数,两两之间有一个空格,用于表示数组中的元素 \(a_1, a_2, ..., a_n(1 \le a_i \le 10^9,并且 a_1 \le a_2 \le ... \le a_n)\) 。
输入的第三行包含一个整数 \(q(1 \le q \le 100000)\) ,用于表示询问的次数。
接下来 \(q\) 行,每行包含一个整数 \(x(1 \le x \le 10^9)\) ,表示要询问的数。
输出格式
对于每一次询问的 \(x\) ,如果数组 \(a\) 中存在大于等于 \(x\) 的元素,则输出数组 \(a\) 中满足大于等于 \(x\) 条件的所有元素中最小的元素;否则输出“-1” 。每个输出结果占单独的一行。
样例输入
5
1 3 5 7 9
3
2
9
11
样例输出
3
9
-1
题目分析
本题涉及算法:二分。
因为数组是按照单调非递增的顺序给我们的(即满足 \(a_i \le a_{i+1}\) ),所以我们按照如下方式进行二分:
首先我们开一个变量 \(L = 1\) 用于表示初始时自变量(数组坐标)的左边界;在一个变量 \(L = n\) 用于表示初始时自变量(数组坐标)的右边界。
我们还需要开一个变量 \(res\) 用于存储答案(即大于等于 \(x\) 的最大的数),初始时 \(res = -1\) (如果结束的时候 \(res\) 还是 \(-1\) 则说明没有符合要求的答案)。
然后只要满足 \(L \le R\) 条件,我们就循环执行如下操作:
开一个变量 \(mid\) 并令 \(mid = (L+R)/2\) ,然后判断:
- 如果 \(a[mid] \ge x\) ,说明这个 \(a[mid]\) 是满足 \(\ge x\) 的当前最优解;所以我们需要将 \(res\) 更新为 \(mid\) ,同时执行 \(R = mid-1\) 。因为当前最优解并不一定是最终最优解,\(a[mid] \ge x\) 能够说明的是 \([mid,R]\) 范围内的所有元素都 \(\ge x\) ,但是并不能说明 \([L, mid-1]\) 范围内是否还存在比 \(a[mid]\) 更小的元素同样 \(\ge x\) ,所以我们还是要继续循环的进左半边去查找(所以才需要执行 \(R = mid -1\) 操作)。
- 如果 \(a[mid] \lt x\) ,说明 \(a[L]\) 到 \(a[mid]\) 范围内的所有元素都 \(\lt x\) ,所以我们只需要执行 \(L = mid +1\) 进右半边继续查找。
这样,当循环结束的时候(不满足 \(L \le R\) 条件则循环就结束了):
- 如果 \(R = -1\) ,说明没有找到答案(因为只要找到答案 \(res\) 就会更新,如果到循环结束的时候 \(res\) 还是等于 \(-1\) 则说明一个满足要求的答案都没有找到过);
- 否则,\(res\) 对应的就是大于等于 \(x\) 的最小元素的坐标,我们直接输出 \(a[res]\) 即可。
这里需要注意的是:一旦找到了当前最优解,我就更新 \(res\) 为 \(mid\) (令 \(res\) 记录最优解的自变量);但是其实我们也可以更新 \(res\) 为 \(a[mid]\)(令 \(res\) 记录最优解的应变量)。之所以我更习惯用 \(res\) 记录自变量的原因是:可以直接通过自变量得到应变量,而不能直接通过应变量得到自变量,所以使用 \(res\) 记录自变量会好一些。
实现代码如下:
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int maxn = 100010;
int n, a[maxn], q, x;
// solve函数用于返回大于等于x的最小元素
int solve(int x) {
int L = 1, R = n, res = -1;
while (L <= R) {
int mid = (L + R) / 2;
if (a[mid] >= x) {
res = mid;
R = mid - 1;
}
else L = mid + 1;
}
if (res == -1) return -1; // 如果循环结束res==-1,说明没有找到答案
return a[res]; // 因为res存的是最优解的坐标,所以返回a[res]
}
int main() {
cin >> n;
for (int i = 1; i <= n; i ++) cin >> a[i];
cin >> q;
while (q --) {
cin >> x;
cout << solve(x) << endl;
}
return 0;
}
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