248. 統(tǒng)計比給定整數(shù)小的數(shù)的個數(shù)

描述

給定一個整數(shù)數(shù)組 (下標(biāo)由 0 到 n-1,其中 n 表示數(shù)組的規(guī)模酿箭,數(shù)值范圍由 0 到 10000),以及一個 查詢列表趾娃。對于每一個查詢缭嫡,將會給你一個整數(shù),請你返回該數(shù)組中小于給定整數(shù)的元素的數(shù)量抬闷。

注意事項

在做此題前妇蛀,最好先完成 線段樹的構(gòu)造 and 線段樹查詢 II 這兩道題目。

樣例

對于數(shù)組 [1,2,7,8,5] 笤成,查詢 [1,8,5]评架,返回 [0,4,2]

挑戰(zhàn)

可否用一下三種方法完成以上題目。

  1. 僅用循環(huán)方法
  2. 分類搜索 和 二進制搜索
  3. 構(gòu)建 線段樹 和 搜索

思路

整體思路和 249. 統(tǒng)計前面比自己小的數(shù)的個數(shù) 相似炕泳,區(qū)別在于本題是數(shù)組中的所有小于給定數(shù)的數(shù)的個數(shù)纵诞,而另一題是求數(shù)組中在給定數(shù)前面所有小于給定數(shù)的數(shù)的個數(shù),上一題要一邊 modify 一邊 query培遵,本題可以先把所有數(shù) modify浙芙,再 query

注意

構(gòu)造線段樹的時間復(fù)雜度為 O(N),查詢時間復(fù)雜度為 O(logN)籽腕,更新的時間復(fù)雜度為 O(logN)

代碼

  1. 線段樹的無需手動拆分區(qū)間寫法
public class Solution {
    /*
     * @param A: An integer array
     * @param queries: The query list
     * @return: The number of element in the array that are smaller that the given integer
     */
    class SegmentTreeNode {
        public int start;
        public int end;
        public int count;
        SegmentTreeNode left;
        SegmentTreeNode right;
        public SegmentTreeNode(int start, int end, int count) {
            this.start = start;
            this.end = end;
            this.count = count;
            this.left = null;
            this.right = null;
        }
    } 
    
    public SegmentTreeNode build(int start, int end, int[] A) {
        if (start > end) {
            return null;
        }
        
        if (start == end) {
            return new SegmentTreeNode(start, end, 0);
        }
        
        SegmentTreeNode root = new SegmentTreeNode(start, end, 0);
        int mid = start + (end - start) / 2;
        root.left = build(start, mid, A);
        root.right = build(mid + 1, end, A);
        if (root.left != null) {
            root.count += root.left.count;
        }
        if (root.right != null) {
            root.count += root.right.count;
        }
        return root;
    }
    
    public int query(SegmentTreeNode root, int start, int end) {
        if (start <= root.start && root.end <= end) {
            return root.count;
        }
        
        int mid = root.start + (root.end - root.start) / 2;
        int ans = 0;
        if (start <= mid) {
            ans += query(root.left, start, end);
        }
        if (end > mid) {
            ans += query(root.right, start, end);
        }
        
        return ans;
    }
    
    public void modify(SegmentTreeNode root, int index, int value) {
        if (root.start == root.end && root.start == index) {
            root.count += value;
            // 沒有 return 就會拋出空指針異常
            return;
        }
        
        int mid = root.start + (root.end - root.start) / 2;
        if (index <= mid) {
            modify(root.left, index, value);
        }
        if (index > mid) {
            modify(root.right, index, value);
        }
        root.count = root.left.count + root.right.count;
    }
    
    SegmentTreeNode root;
    public List<Integer> countOfSmallerNumber(int[] A, int[] queries) {
        root = build(0, 10000, A);
        for (int i = 0; i < A.length; i++) {
            modify(root, A[i], 1);
        }
        
        List<Integer> array = new ArrayList<>();
        int res;
        for (int i = 0; i < queries.length; i++) {
            res = 0;
            if (queries[i] > 0) {
                res = query(root, 0, queries[i] - 1);
            }
            array.add(res);
        }
        
        return array;
    }
}
  1. 線段樹的手動拆分區(qū)間寫法
public class Solution {
   /**
     * @param A: An integer array
     * @return: The number of element in the array that 
     *          are smaller that the given integer
     */
    class SegmentTreeNode {
        public int start, end;
        public int count;
        public SegmentTreeNode left, right;
        public SegmentTreeNode(int start, int end, int count) {
              this.start = start;
              this.end = end;
              this.count = count;
              this.left = this.right = null;
        }
    }
    SegmentTreeNode root;
    public SegmentTreeNode build(int start, int end) {
        // write your code here
        if(start > end) {  // check core case
            return null;
        }
        
        SegmentTreeNode root = new SegmentTreeNode(start, end, 0);
        
        if(start != end) {
            int mid = (start + end) / 2;
            root.left = build(start, mid);
            root.right = build(mid+1, end);
        } else {
            root.count =  0;
        }
        return root;
    }
    public int querySegmentTree(SegmentTreeNode root, int start, int end) {
        // write your code here
        if(start == root.start && root.end == end) { // 相等 
            return root.count;
        }
        
        
        int mid = (root.start + root.end)/2;
        int leftcount = 0, rightcount = 0;
        // 左子區(qū)
        if(start <= mid) {
            if( mid < end) { // 分裂 
                leftcount =  querySegmentTree(root.left, start, mid);
            } else { // 包含 
                leftcount = querySegmentTree(root.left, start, end);
            }
        }
        // 右子區(qū)
        if(mid < end) { // 分裂 3
            if(start <= mid) {
                rightcount = querySegmentTree(root.right, mid+1, end);
            } else { //  包含 
                rightcount = querySegmentTree(root.right, start, end);
            } 
        }  
        // else 就是不相交
        return leftcount + rightcount;
    }
    public void modifySegmentTree(SegmentTreeNode root, int index, int value) {
        // write your code here
        if(root.start == index && root.end == index) { // 查找到
            root.count += value;
            return;
        }
        
        // 查詢
        int mid = (root.start + root.end) / 2;
        if(root.start <= index && index <=mid) {
            modifySegmentTree(root.left, index, value);
        }
        
        if(mid < index && index <= root.end) {
            modifySegmentTree(root.right, index, value);
        }
        //更新
        root.count = root.left.count + root.right.count;
    }
    public ArrayList<Integer> countOfSmallerNumber(int[] A, int[] queries) {
        // write your code here
        root = build(0, 10000);
        ArrayList<Integer> ans = new ArrayList<Integer>();
        int res;
        for(int i = 0; i < A.length; i++) {
            modifySegmentTree(root, A[i], 1);
        }
        for(int i = 0; i < queries.length; i++) {
            res = 0;
            if(queries[i] > 0)
                res = querySegmentTree(root, 0, queries[i] - 1);
            ans.add(res);
        }
        return ans;
    }
}
  1. 二分法嗡呼, 時間復(fù)雜度: O((N + K)*logN), N == A.length皇耗, K == queries.length南窗,NlogN 將數(shù)組排序,然后查找 K 個數(shù)郎楼,每個數(shù)查找所需時間 logN
public class Solution {
    public List<Integer> countOfSmallerNumber(int[] A, int[] queries) {
        if (queries == null || queries.length == 0) {
            return new ArrayList<Integer>();
        }

        List<Integer> ans = new ArrayList<>(queries.length);
        int lenA = (A == null) ? 0 : A.length;

        Arrays.sort(A);
        for (int query : queries) {
            if (lenA == 0) {
                ans.add(0);
            } else {
                ans.add(binarySearch(A, query));
            }
        }

        return ans;
    }

    private int binarySearch(int[] A, int target) {
        int start = 0;
        int end = A.length - 1;

        while (start + 1 < end) {
            int mid = start + (end - start) / 2;

            if (A[mid] < target) {
                start = mid;
            } else {
                end = mid;
            }
        }

        if (target <= A[start]) {
            return start;
        }
        if (target <= A[end]) {
            return end;
        }
        return end + 1;
    }
}
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