Maximum Gap,LeetCode,164

题目描述

给定一个无序的数组,找出数组在排序后相邻元素之间最大的差值。

如果数组元素个数小于 2,则返回 0。

示例

输入: [3,6,9,1] 输出: 3 解释: 排序后的数组是 [1,3,6,9],其中相邻元素的最大差值是 3。

解题思路

这个问题可以通过多种方法来解决,其中一种高效的方法是使用“桶排序”的思想。以下是详细的解题步骤:

方法一:基于桶排序的思路

  1. 找出最大值和最小值
    • 首先遍历数组,找出最大值 max_val 和最小值 min_val
  2. 计算桶的数量和每个桶的宽度
    • 设数组长度为 n,则桶的数量 bucket_num 可以设为 n + 1
    • 每个桶的宽度 bucket_size(max_val - min_val) / (n - 1)
  3. 初始化桶
    • 创建一个长度为 bucket_num 的数组 buckets,每个桶存储两个值:桶内的最小值和最大值。
  4. 将元素分配到桶中
    • 遍历数组中的每个元素 num,计算它应该放入哪个桶:
      • 桶的索引 bucket_index = (num - min_val) / bucket_size
      • 更新该桶的最小值和最大值。
  5. 计算最大差值
    • 遍历 buckets 数组,计算相邻非空桶之间的最大差值。

代码实现:

def maximumGap(nums): if len(nums) < 2: return 0

max_val = max(nums)
min_val = min(nums)
n = len(nums)

# 计算桶的数量和每个桶的宽度
bucket_num = n + 1
bucket_size = (max_val - min_val) // (n - 1) + 1

# 初始化桶
buckets = [[float('inf'), float('-inf')] for _ in range(bucket_num)]

# 将元素分配到桶中
for num in nums:
    bucket_index = (num - min_val) // bucket_size
    buckets[bucket_index][0] = min(buckets[bucket_index][0], num)
    buckets[bucket_index][1] = max(buckets[bucket_index][1], num)

# 计算最大差值
max_gap = 0
prev_max = min_val

for bucket in buckets:
    if bucket[0] == float('inf'):
        continue
    max_gap = max(max_gap, bucket[0] - prev_max)
    prev_max = bucket[1]

return max_gap

示例

print(maximumGap([3, 6, 9, 1])) # 输出: 3

复杂度分析:

  • 时间复杂度:O(n),其中 n 是数组的长度。每个元素只被处理一次,桶的数量也是 O(n)。
  • 空间复杂度:O(n),用于存储桶的数组。

其他方法:

  1. 直接排序法
    • 先对数组进行排序,然后遍历排序后的数组,计算相邻元素之间的差值,找出最大差值。
    • 时间复杂度:O(n log n),空间复杂度:O(1)(取决于排序算法)。
  2. 基数排序法
    • 使用基数排序对数组进行排序,然后计算最大差值。
    • 时间复杂度:O(nk),其中 k 是数字的最大位数。
    • 空间复杂度:O(n)。

基于桶排序的方法在时间复杂度上更优,特别是对于大数组,效果更明显。

希望这个详细的解答对你有帮助!如果有其他问题,欢迎继续提问。

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