數組的玩法挺多的

數組是最基本的數據結構,關於數組的面試題也屢見不鮮,本文羅列了一些常見的面試題,僅供參考。目前有以下 18 道題目。

數組求和

給定一個含有 n 個元素的整型數組 a,求 a 中所有元素的和。可能您會覺得很簡單,是的,的確簡單,但是爲什麼還要說呢,原因有二,第一,這道題要求用遞歸法,只用一行代碼。第二,這是我人生中第一次面試時候遇到的題,意義特殊。

分析

簡單說一下,兩種情況

  1. 如果數組元素個數爲 0,那麼和爲 0。

  2. 如果數組元素個數爲 n,那麼先求出前 n - 1 個元素之和,再加上 a[n - 1] 即可

代碼

// 數組求和
int sum(int*a, int n)
{
   return n == 0 ? 0 : sum(a, n -1) + a[n -1];
}

求數組的最大值和最小值

給定一個含有 n 個元素的整型數組 a,找出其中的最大值和最小值

分析

常規的做法是遍歷一次,分別求出最大值和最小值,但我這裏要說的是分治法 (Divide and couquer),將數組分成左右兩部分,先求出左半部份的最大值和最小值,再求出右半部份的最大值和最小值,然後綜合起來求總體的最大值及最小值。

這是個遞歸過程,對於劃分後的左右兩部分,同樣重複這個過程,直到劃分區間內只剩一個元素或者兩個元素。

代碼

// 求數組的最大值和最小值,返回值在maxValue和minValue
void MaxandMin(int *a, int l, int r, int& maxValue, int& minValue)
{
    if(l == r) // l與r之間只有一個元素
    {
        maxValue = a[l] ;
        minValue = a[l] ;
        return ;
    }

    if(l + 1 == r) // l與r之間只有兩個元素
    {
        if(a[l] >= a[r])
        {
            maxValue = a[l] ;
            minValue = a[r] ;
        }
        else
        {
            maxValue = a[r] ;
            minValue = a[l] ;
        }
        return ;
    }

    int m = (l + r) / 2 ; // 求中點

    int lmax ; // 左半部份最大值
    int lmin ; // 左半部份最小值
    MaxandMin(a, l, m, lmax, lmin) ; // 遞歸計算左半部份

    int rmax ; // 右半部份最大值
    int rmin ; // 右半部份最小值
    MaxandMin(a, m + 1, r, rmax, rmin) ; // 遞歸計算右半部份

    maxValue = max(lmax, rmax) ; // 總的最大值
    minValue = min(lmin, rmin) ; // 總的最小值
}

求數組的最大值和次大值

給定一個含有 n 個元素的整型數組,求其最大值和次大值

分析

思想和上一題類似,同樣是用分治法,先求出左邊的最大值 leftmax 和次大值 leftsecond,再求出右邊的最大值 rightmax 和次大值 rightsecond,然後合併,如何合併呢?分情況考慮

1 如果 leftmax > rightmax,那麼可以肯定 leftmax 是最大值,但次大值不一定是 rightmax,但肯定不是 rightsecond,只需將 leftsecond 與 rightmax 做一次比較即可。

2 如果 rightmax > leftmax,那麼可以肯定 rightmax 是最大值,但次大值不一定是 leftmax,但肯定不是 leftsecond,所以只需將 leftmax 與 rightsecond 做一次比較即可。

注意

這種方法無法處理最大元素有多個的情況,比如 3,5,7,7 將返回 7,7 而不是 7,5。感謝網友 從無到有靠誰人 指出。

代碼

// 找出數組的最大值和次大值,a是待查找的數組,left和right是查找區間,max和second存放結果
void MaxandMin(int a[], int left, int right, int&max, int&second)
{
    if(left == right)
    {
        max = a[left] ;
        second =  INT_MIN;
    }
    elseif(left +1== right)
    {
        max = a[left] > a[right] ? a[left] : a[right] ;
        second = a[left] < a[right] ? a[left] : a[right] ;
    }
    else
    {
        int mid = left + (right - left) /2 ;

        int leftmax ;
        int leftsecond ;
        MaxandMin(a, left, mid, leftmax, leftsecond) ;

        int rightmax ;
        int rightsecond ;
        MaxandMin(a, mid +1, right, rightmax, rightsecond) ;

        if (leftmax > rightmax)
        {
            max = leftmax ;
            second = leftsecond > rightmax ? leftsecond : rightmax ;
        }
        else
        {
            max = rightmax ;
            second = leftmax < rightsecond ? rightsecond : leftmax ;
        }
    }
}

求數組中出現次數超過一半的元素

給定一個 n 個整型元素的數組 a,其中有一個元素出現次數超過 n / 2,求這個元素。據說是百度的一道題

分析

設置一個當前值和當前值的計數器,初始化當前值爲數組首元素,計數器值爲 1,然後從第二個元素開始遍歷整個數組,對於每個被遍歷到的值 a[i]

1 如果 a[i]==currentValue,則計數器值加 1

2 如果 a[i] != currentValue, 則計數器值減 1,如果計數器值小於 0,則更新當前值爲 a[i],並將計數器值重置爲 1

代碼

// 找出數組中出現次數超過一半的元素
int Find(int* a, int n)
{
    int curValue = a[0] ;
    int count = 1 ;

    for (int i = 1; i < n; ++i)
    {
        if (a[i] == curValue)
            count++ ;
        else
        {
            count-- ;
            if (count < 0)
            {
                curValue = a[i] ;
                count = 1 ;
            }
        }
    }

    return curValue ;
}

另一個方法是先對數組排序,然後取中間元素即可,因爲如果某個元素的個數超過一半,那麼數組排序後該元素必定佔據數組的中間位置。

求數組中元素的最短距離

給定一個含有 n 個元素的整型數組,找出數組中的兩個元素 x 和 y 使得 abs(x - y) 值最小

分析

先對數組排序,然後遍歷一次即可

代碼

int compare(const void* a, const void* b)
{
    return *(int*)a - *(int*);
}

// 求數組中元素的最短距離
void MinimumDistance(int* a, int n)
{
    // Sort
    qsort(a, n, sizeof(int), compare) ;

    int i ; // Index of number 1
    int j ; // Index of number 2

    int minDistance = numeric_limits<int>::max() ;
    for (int k = 0; k < n - 1; ++k)
    {
        if (a[k + 1] - a[k] < minDistance)
        {
            minDistance = a[k + 1] - a[k] ;
            i = a[k] ;
            j = a[k + 1] ;
        }
    }

    cout << "Minimum distance is: " << minDistance << endl ;
    cout << "i = " << i << " j = " << j << endl ;
}

求兩個有序數組的共同元素

給定兩個含有 n 個元素的有序(非降序)整型數組 a 和 b,求出其共同元素,比如

a = 0, 1, 2, 3, 4

b = 1, 3, 5, 7, 9

輸出 1, 3

分析

充分利用數組有序的性質,用兩個指針 i 和 j 分別指向 a 和 b,比較 a[i] 和 b[j],根據比較結果移動指針,則有如下三種情況

  1. a[i] < b[j],則 i 增加 1,繼續比較

  2. a[i] == b[j],則 i 和 j 皆加 1,繼續比較

  3. a[i] < b[j],則 j 加 1,繼續比較

重複以上過程直到 i 或 j 到達數組末尾。

代碼

// 找出兩個數組的共同元素
void FindCommon(int* a, int* b, int n)
{
    int i = 0;
    int j = 0 ;

    while (i < n && j < n)
    {
        if (a[i] < b[j])
            ++i ;
        else if(a[i] == b[j])
        {
            cout << a[i] << endl ;
            ++i ;
            ++j ;
        }
        else// a[i] > b[j]
            ++j ;
    }
}

這到題還有其他的解法,比如對於 a 中任意一個元素,在 b 中對其進行 Binary Search,因爲 a 中有 n 個元素,而在 b 中進行 Binary Search 需要 logn。所以找出全部相同元素的時間複雜度是 O(nlogn)。

另外,上面的方法,只要 b 有序即可,a 是否有序無所謂,因爲我們只是在 b 中做 Binary Search。

如果 a 也有序的話,那麼再用上面的方法就有點慢了,因爲如果 a 中某個元素在 b 中的位置是 k 的話,那麼 a 中下一個元素在 b 中的位置一定位於 k 的右側,所以本次的搜索空間可以根據上次的搜索結果縮小,而不是仍然在整個 b 中搜索。也即如果 a 和 b 都有序的話,代碼可以做如下修改,記錄上次搜索時 b 中元素的位置,作爲下一次搜索的起始點。

求三個數組的共同元素

給定三個含有 n 個元素的整型數組 a,b 和 c,求他們最小的共同元素。

分析

如果三個數組都有序,那麼可以設置三個指針指向三個數組的頭部,然後根據這三個指針所指的值進行比較來移動指針,直道找到共同元素。

代碼

// 三個數組的共同元素-只找最小的
void FindCommonElements(int a[], int b[], int c[], int x, int y, int z)
{
    for(int i = 0, j = 0, k = 0; i < x && j < y && k < z;)
    {
        if(a[i] < b[j])
        {
            i++ ;
        }
        else // a[i] >= b[j]
        {
            if(b[j] < c[k])
            {
                j++ ;
            }
            else // b[j] >= c[k]
            {
                if(c[k] < a[i])
                {
                    k++ ;
                }
                else // c[k] >= a[i]
                {
                    cout << c[k] << endl ;
                    return ;
                }
            }
        }
    }

    cout << "Not found!" << endl ;
}

如果三個數組都無序,可以先對 a, b 進行排序,然後對 c 中任意一個元素都在 b 和 c 中做二分搜索。

代碼

// 找出三個數組的共同元素
// O(NlogN)
int UniqueCommonItem(int *a, int *b, int *c, int n)
{
    // sort array a
    qsort(a, n, sizeof(int), compare) ; // NlogN

    // sort array b
    qsort(b, n, sizeof(int), compare) ; // NlogN

    // for each element in array c, do a binary search in a and b
    // This is up to a complexity of N*2*logN
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        if(BinarySearch(a, n, c[i]) && BinarySearch(b, n, c[i]))
            return c[i] ;
    }

    return - 1 ; // not found
}

也可以對 a 進行排序,然後對於 b 和 c 中任意一個元素都在 a 中進行二分搜索,但是這樣做是有問題的,你看出來了麼?感謝網友 yy_5533 指正。

代碼

// 找出三個數組唯一的共同元素
// O(NlogN)
int UniqueCommonItem1(int *a, int *b, int *c, int n)
{
    // sort array a
    qsort(a, n, sizeof(int), compare) ; // NlogN

    // Space for time
    bool *bb = new bool[n] ;
    memset(bb, 0, n) ;

    bool *bc = new bool[n] ;
    memset(bb, 0, n) ;

    // for each element in b, do a BS in a and mark all the common element
    for (int i = 0; i < n; i++) // NlogN
    {
        if(BinarySearch(a, n, b[i]))
            bb[i] = true ;
    }

    // for each element in c, do a BS only if b[i] is true
    for (int i = 0; i < n; i++) // NlogN
    {
        if(b[i] && BinarySearch(a, n, c[i]))
            return c[i] ;
    }

    return - 1 ; // not found
}

排序和二分搜索代碼如下

// Determine whether a contains value k
bool BinarySearch(int *a, int n, int k)
{
    int left = 0 ;
    int right = n - 1 ;
    while (left <= right)
    {
        int mid = (left + right) ;

        if(a[mid] < k)
            left = mid + 1 ;
        if(a[mid] == k)
            return true ;
        else
            right = mid - 1 ;
    }

    return false ;
}

// Compare function for qsort
int compare(const void* a, const void* b)
{
    return *(int*)a - *(int*);
}

小小總結一下,對於在數組中進行查找的問題,可以分如下兩種情況處理

  1. 如果給定的數組有序,那麼首先應該想到 Binary Search,所需 O(logn)

  2. 如果給定的數組無序,那麼首先應該想到對數組進行排序,很多排序算法都能在 O(nlogn) 時間內對數組進行排序,然後再使用二分搜索,總的時間複雜度仍是 O(nlogn)。

如果能做到以上兩點,大多數關於數組的查找問題,都能迎刃而解。

找出數組中唯一的重複元素

給定含有 1001 個元素的數組,其中存放了 1-1000 之內的整數,只有一個整數是重複的,請找出這個數

分析

求出整個數組的和,再減去 1-1000 的和

代碼

找出出現奇數次的元素

給定一個含有 n 個元素的整型數組 a,其中只有一個元素出現奇數次,找出這個元素。這道題實際上是一個變種,原題是找出數組中唯一一個出現一次的元素,下面的方法可以同時解決這兩道提。所以題目就用這個廣義的吧。

分析

因爲對於任意一個數 k,有 k ^ k = 0,k ^ 0 = k,所以將 a 中所有元素進行異或,那麼個數爲偶數的元素異或後都變成了 0,只留下了個數爲奇數的那個元素。

代碼

int FindElementWithOddCount(int*a, int n)
{
   int r = a[0] ;

   for (int i =1; i < n; ++i)
   {
      r ^= a[i] ;
   }

   return r ;
}

求數組中滿足給定和的數對

給定兩個有序整型數組 a 和 b,各有 n 個元素,求兩個數組中滿足給定和的數對,即對 a 中元素 i 和 b 中元素 j,滿足 i + j = d(d 已知)

分析

兩個指針 i 和 j 分別指向數組的首尾,然後從兩端同時向中間遍歷。

代碼

// 找出滿足給定和的數對
void FixedSum(int* a, int* b, int n, int d)
{
    for (int i = 0, j = n - 1; i < n && j >= 0)
    {
        if (a[i] + b[j] < d)
            ++i ;
        else if (a[i] + b[j] == d)
        {
            cout << a[i] << ", " << b[j] << endl ;
            ++i ;
            --j ;
        }
        else // a[i] + b[j] > d
            --j ;
    }
}

最大子段和

給定一個整型數組 a,求出最大連續子段之和,如果和爲負數,則按 0 計算,比如 1, 2, -5, 6, 8 則輸出 6 + 8 = 14

分析

編程珠璣上的經典題目,不多說了。

代碼

// 子數組的最大和
int Sum(int* a, int n)
{
    int curSum = 0;
    int maxSum = 0;
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        if (curSum + a[i] < 0)
            curSum = 0;
        else
        {
            curSum += a[i] ;
            maxSum = max(maxSum, curSum);
        }
    }
    return maxSum;
}

最大子段積

給定一個整型數組 a,求出最大連續子段的乘積,比如 1, 2, -8, 12, 7 則輸出 12 * 7 = 84

分析

與最大子段和類似,注意處理負數的情況

代碼

// 子數組的最大乘積
int MaxProduct(int *a, int n)
{
    int maxProduct = 1; // max positive product at current position
    int minProduct = 1; // min negative product at current position
    int r = 1; // result, max multiplication totally

    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        if (a[i] > 0)
        {
            maxProduct *= a[i];
            minProduct = min(minProduct * a[i], 1);
        }
        else if (a[i] == 0)
        {
            maxProduct = 1;
            minProduct = 1;
        }
        else // a[i] < 0
        {
            int temp = maxProduct;
            maxProduct = max(minProduct * a[i], 1);
            minProduct = temp * a[i];
        }

        r = max(r, maxProduct);
    }

    return r;
}

數組循環移位

將一個含有 n 個元素的數組向右循環移動 k 位,要求時間複雜度是 O(n),且只能使用兩個額外的變量,這是在微軟的編程之美上看到的一道題

分析

比如數組 1 2 3 4 循環右移 1 位 將變成 4 1 2 3, 觀察可知 1 2 3 的順序在移位前後沒有改變,只是和 4 的位置交換了一下,所以等同於 1 2 3 4 先劃分爲兩部分

1 2 3 | 4,然後將 1 2 3 逆序,再將 4 逆序 得到 3 2 1 4,最後整體逆序 得到 4 1 2 3

代碼

// 將buffer中start和end之間的元素逆序
void Reverse( int buffer[], int start, int end )
{
    while ( start < end )
    {
        int temp = buffer[ start ] ;
        buffer[ start++ ] = buffer[ end ] ;
        buffer[ end-- ] = temp ;
    }
}

// 將含有n個元素的數組buffer右移k位
void Shift( int buffer[], int n, int k )
{
    k %= n ;

    Reverse( buffer, 0, n - k - 1) ;
    Reverse( buffer, n - k, n - 1 ) ;
    Reverse( buffer, 0, n - 1 ) ;
}

稍微擴展一下, 如果允許分配額外的數組, 那麼定義一個新的數組, 然後將移位後的元素直接存入即可, 也可以使用隊列, 將移動後得元素出對, 再插入隊尾即可.

字符串逆序

給定一個含有 n 個元素的字符數組 a,將其原地逆序。

分析

可能您覺得這不是關於數組的,而是關於字符串的。是的。但是別忘了題目要求的是原地逆序,也就是不允許額外分配空間,那麼參數肯定是字符數組形式,因爲字符串是不能被修改的(這裏只 C/C++ 中的字符串常量)。

所以,和數組有關了吧,只不過不是整型數組,而是字符數組。用兩個指針分別指向字符數組的首位,交換其對應的字符,然後兩個指針分別向數組中央移動,直到交叉。

代碼

// 字符串逆序
void Reverse(char*a, int n)
{
   int left =0;
   int right = n -1;

   while (left < right)
   {
     char temp = a[left] ;
     a[left++] = a[right] ;
     a[right--] = temp ;
   }
}

組合問題

給定一個含有 n 個元素的整型數組 a,從中任取 m 個元素,求所有組合。比如下面的例子

a = 1, 2, 3, 4, 5

m = 3

輸出

1 2 3, 1 2 4, 1 2 5, 1 3 4, 1 3 5, 1 4 5

2 3 4, 2 3 5, 2 4 5
3 4 5

分析

典型的排列組合問題,首選回溯法,爲了簡化問題,我們將 a 中 n 個元素值分別設置爲 1-n

代碼

// n選m的所有組合
int buffer[100] ;

void PrintArray(int *a, int n)
{
    for (int i = 0; i < n; ++i)
        cout << a[i] << "";
    cout << endl ;
}

bool IsValid(int lastIndex, int value)
{
    for (int i = 0; i < lastIndex; i++)
    {
        if (buffer[i] >= value)
            return false;
    }
    return true;
}

void Select(int t, int n, int m)
{
    if (t == m)
        PrintArray(buffer, m);
    else
    {
        for (int i = 1; i <= n; i++)
        {
            buffer[t] = i;
            if (IsValid(t, i))
                Select(t + 1, n, m);
        }
    }
}

合併兩個數組

給定含有 n 個元素的兩個有序(非降序)整型數組 a 和 b。合併兩個數組中的元素到整型數組 c,要求去除重複元素並保持 c 有序(非降序)。例子如下

a = 1, 2, 4, 8

b = 1, 3, 5, 8

c = 1, 2, 3, 4, 5, 8

分析

利用合併排序的思想,兩個指針 i,j 和 k 分別指向數組 a 和 b,然後比較兩個指針對應元素的大小,有以下三種情況

  1. a[i] < b[j],則 c[k] = a[i]。

  2. a[i] == b[j],則 c[k] 等於 a[i] 或 b[j] 皆可。

  3. a[i] > b[j],則 c[k] = b[j]。

重複以上過程,直到 i 或者 j 到達數組末尾,然後將剩下的元素直接 copy 到數組 c 中即可

代碼

// 合併兩個有序數組
void Merge(int *a, int *b, int *c, int n)
{
    int i = 0 ;
    int j = 0 ;
    int k = 0 ;

    while (i < n && j < n)
    {
        if (a[i] < b[j])// 如果a的元素小,則插入a中元素到c
        {
            c[k++] = a[i] ;
            ++i ;
        }
        else if (a[i] == b[j])// 如果a和b元素相等,則插入二者皆可,這裏插入a
        {
            c[k++] = a[i] ;
            ++i ;
            ++j ;
        }
        else // a[i] > b[j] // 如果b中元素小,則插入b中元素到c
        {
            c[k++] = b[j] ;
            ++j ;
        }
    }

    if (i == n) // 若a遍歷完畢,處理b中剩下的元素
    {
        for (int m = j; m < n; ++m)
            c[k++] = b[m] ;
    }
    else//j == n, 若b遍歷完畢,處理a中剩下的元素
    {
        for (int m = i; m < n; ++m)
            c[k++] = a[m] ;
    }
}

重排問題

給定含有 n 個元素的整型數組 a,其中包括 0 元素和非 0 元素,對數組進行排序,要求:

  1. 排序後所有 0 元素在前,所有非零元素在後,且非零元素排序前後相對位置不變

  2. 不能使用額外存儲空間

例子如下

輸入 0, 3, 0, 2, 1, 0, 0

輸出 0, 0, 0, 0, 3, 2, 1

分析

此排序非傳統意義上的排序,因爲它要求排序前後非 0 元素的相對位置不變,或許叫做整理會更恰當一些。我們可以從後向前遍歷整個數組,遇到某個位置 i 上的元素是非 0 元素時,如果 a[k] 爲 0,則將 a[i] 賦值給 a[k],a[k] 賦值爲 0。實際上 i 是非 0 元素的下標,而 k 是 0 元素的下標

代碼

void Arrange(int* a, int n)
{
    int k = n -1 ;
    for (int i = n -1; i >=0; --i)
    {
        if (a[i] !=0)
        {
            if (a[k] ==0)
            {
                a[k] = a[i] ;
                a[i] =;
            }
            --k ;
        }
    }
}

找出絕對值最小的元素

給定一個有序整數序列(非遞減序),可能包含負數,找出其中絕對值最小的元素,比如給定序列 -5, -3, -1, 2, 8 則返回 1。

分析

由於給定序列是有序的,而這又是搜索問題,所以首先想到二分搜索法,只不過這個二分法比普通的二分法稍微麻煩點,可以分爲下面幾種情況

爲什麼?

因爲對於負數序列來說,右側的數字比左側的數字絕對值小,如上面的 - 5, -3, -1, 而對於整整數來說,左邊的數字絕對值小,比如上面的 2, 8,將這個思想用於二分搜索,可先判斷中間元素和兩側元素的符號,然後根據符號決定搜索區間,逐步縮小搜索區間,直到只剩下兩個元素。

代碼

單獨設置一個函數用來判斷兩個整數的符號是否相同。

bool SameSign(int a, int b)
{
    if (a * b > 0)
        return true;
    else
        return false;
}

主函數代碼。

// 找出一個非遞減序整數序列中絕對值最小的數
int MinimumAbsoluteValue(int* a, int n)
{
    // Only one number in array
    if (n ==1)
    {
        return a[0] ;
    }

    // All numbers in array have the same sign
    if (SameSign(a[0], a[n -1]))
    {
        return a[0] >=0? a[0] : a[n -1] ;
    }

    // Binary search
    int l =;
    int r = n -1 ;

    while(l < r)
    {
        if (l +1== r)
        {
            return abs(a[l]) < abs(a[r]) ? a[l] : a[r] ;
        }

        int m = (l + r) /2 ;

        if (SameSign(a[m], a[r]))
        {
            r = m -1;
            continue;
        }
        if (SameSign(a[l], a[m]))
        {
            l = m +1 ;
            continue;
        }
    }
}

這段代碼是有問題的,感謝網友 lingyunfish 的指正,你看出來了麼?修改後的代碼如下:

// 找出一個非遞減序整數序列中絕對值最小的數
int MinimumAbsoluteValue(int* a, int n)
{
    // Only one number in array
    if (n ==1)
    {
        return a[0] ;
    }

    // All numbers in array have the same sign
    if (SameSign(a[0], a[n -1]))
    {
        return a[0] >=0? a[0] : a[n -1] ;
    }

    // Binary search
    int l =;
    int r = n -1 ;

    while(l < r)
    {
        if (l + 1 == r)
        {
            return abs(a[l]) < abs(a[r]) ? a[l] : a[r] ;
        }

        int m = (l + r) /2 ;

        if (SameSign(a[m], a[r]))
        {
            r = m;
            continue;
        }
        else
        {
            l = m ;
            continue;
        }
    }
}

****原文來源於: 作者: ****翰墨小生

https://www.cnblogs.com/graphics/archive/2010/08/24/1761620.html

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