数组的多种用法

数组是最基本的数据结构，关于数组的面试题也屡见不鲜，本文罗列了一些常见的面试题，仅供参考。目前有以下18道题目。

• 数组求和
• 求数组的最大值和最小值
• 求数组的最大值和次大值
• 求数组中出现次数超过一半的元素
• 求数组中元素的最短距离
• 求两个有序数组的共同元素
• 求三个数组的共同元素
• 找出数组中唯一的重复元素
• 找出出现奇数次的元素
• 求数组中满足给定和的数对
• 最大子段和
• 最大子段积
• 数组循环移位
• 字符串逆序
• 组合问题
• 合并两个数组
• 重排问题
• 找出绝对值最小的元素

数组求和

给定一个含有n个元素的整型数组a，求a中所有元素的和。可能您会觉得很简单，是的，的确简单，但是为什么还要说呢，原因有二，第一，这道题要求用递归法，只用一行代码。第二，这是我人生中第一次面试时候遇到的题，意义特殊。

分析

简单说一下，两种情况

1. 如果数组元素个数为0，那么和为0。

2. 如果数组元素个数为n，那么先求出前n - 1个元素之和，再加上a[n - 1]即可

代码

//数组求和
intsum(int*a,intn)
{
returnn==0?0:sum(a,n-1)+a[n-1];
}

求数组的最大值和最小值

给定一个含有n个元素的整型数组a，找出其中的最大值和最小值

分析

常规的做法是遍历一次，分别求出最大值和最小值，但我这里要说的是分治法(Divide and couquer)，将数组分成左右两部分，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，然后综合起来求总体的最大值及最小值。

这是个递归过程，对于划分后的左右两部分，同样重复这个过程，直到划分区间内只剩一个元素或者两个元素。

代码

//求数组的最大值和最小值，返回值在maxValue和minValue
voidMaxandMin(int*a,intl,intr,intmaxValue,intminValue)
{
if(l==r)//l与r之间只有一个元素
{
maxValue=a[l];
minValue=a[l];
return;
}

if(l+1==r)//l与r之间只有两个元素
{
if(a[l]>=a[r])
{
maxValue=a[l];
minValue=a[r];
}
else
{
maxValue=a[r];
minValue=a[l];
}
return;
}

intm=(l+r)/2;//求中点

intlmax;//左半部份最大值
intlmin;//左半部份最小值
MaxandMin(a,l,m,lmax,lmin);//递归计算左半部份

intrmax;//右半部份最大值
intrmin;//右半部份最小值
MaxandMin(a,m+1,r,rmax,rmin);//递归计算右半部份

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

求数组的最大值和次大值

给定一个含有n个元素的整型数组，求其最大值和次大值

分析

思想和上一题类似，同样是用分治法，先求出左边的最大值leftmax和次大值leftsecond，再求出右边的最大值rightmax和次大值rightsecond，然后合并，如何合并呢？分情况考虑

1 如果leftmax > rightmax，那么可以肯定leftmax是最大值，但次大值不一定是rightmax，但肯定不是rightsecond，只需将leftsecond与rightmax做一次比较即可。

2 如果rightmax > leftmax，那么可以肯定rightmax是最大值，但次大值不一定是leftmax，但肯定不是leftsecond，所以只需将leftmax与rightsecond做一次比较即可。

注意

这种方法无法处理最大元素有多个的情况，比如3,5,7,7将返回7，7而不是7,5。感谢网友 从无到有靠谁人 指出。

代码

//找出数组的最大值和次大值，a是待查找的数组，left和right是查找区间，max和second存放结果
voidMaxandMin(inta[],intleft,intright,intmax,intsecond)
{
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
{
intmid=left+(right-left)/2;

intleftmax;
intleftsecond;
MaxandMin(a,left,mid,leftmax,leftsecond);

intrightmax;
intrightsecond;
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;
}
}
}

求数组中出现次数超过一半的元素

给定一个n个整型元素的数组a，其中有一个元素出现次数超过n / 2，求这个元素。据说是百度的一道题

分析

设置一个当前值和当前值的计数器，初始化当前值为数组首元素，计数器值为1，然后从第二个元素开始遍历整个数组，对于每个被遍历到的值a[i]

1 如果a[i]==currentValue，则计数器值加1

2 如果a[i] != currentValue， 则计数器值减1，如果计数器值小于0，则更新当前值为a[i]，并将计数器值重置为1

代码

//找出数组中出现次数超过一半的元素
intFind(int*a,intn)
{
intcurValue=a[0];
intcount=1;

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

returncurValue;
}

另一个方法是先对数组排序，然后取中间元素即可，因为如果某个元素的个数超过一半，那么数组排序后该元素必定占据数组的中间位置。

求数组中元素的最短距离

给定一个含有n个元素的整型数组，找出数组中的两个元素x和y使得abs(x - y)值最小

分析

先对数组排序，然后遍历一次即可

代码

intcompare(constvoid*a,constvoid*b)
{
return*(int*)a-*(int*)b;
}

//求数组中元素的最短距离
voidMinimumDistance(int*a,intn)
{
//Sort
qsort(a,n,sizeof(int),compare);

inti;//Indexofnumber1
intj;//Indexofnumber2

intminDistance=numeric_limits<int>::max();
for(intk=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<<"Minimumdistanceis:"<<minDistance<<endl;
cout<<"i="<<i<<"j="<<j<<endl;
}

求两个有序数组的共同元素

给定两个含有n个元素的有序（非降序）整型数组a和b，求出其共同元素，比如

a = 0, 1, 2, 3, 4

b = 1, 3, 5, 7, 9

输出 1, 3

分析

充分利用数组有序的性质，用两个指针i和j分别指向a和b，比较a[i]和b[j]，根据比较结果移动指针，则有如下三种情况

1. a[i] < b[j]，则i增加1，继续比较

2. a[i] == b[j]，则i和j皆加1，继续比较

3. a[i] < b[j]，则j加1，继续比较

重复以上过程直到i或j到达数组末尾。

代码

//找出两个数组的共同元素
voidFindCommon(int*a,int*b,intn)
{
inti=0;
intj=0;

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

这到题还有其他的解法，比如对于a中任意一个元素，在b中对其进行Binary Search，因为a中有n个元素，而在b中进行Binary Search需要logn。所以找出全部相同元素的时间复杂度是O(nlogn)。

另外，上面的方法，只要b有序即可，a是否有序无所谓，因为我们只是在b中做Binary Search。

如果a也有序的话，那么再用上面的方法就有点慢了，因为如果a中某个元素在b中的位置是k的话，那么a中下一个元素在b中的位置一定位于k的右侧，所以本次的搜索空间可以根据上次的搜索结果缩小，而不是仍然在整个b中搜索。也即如果a和b都有序的话，代码可以做如下修改，记录上次搜索时b中元素的位置，作为下一次搜索的起始点。

求三个数组的共同元素

给定三个含有n个元素的整型数组a,b和c，求他们最小的共同元素。

分析

如果三个数组都有序，那么可以设置三个指针指向三个数组的头部，然后根据这三个指针所指的值进行比较来移动指针，直道找到共同元素。

代码

//三个数组的共同元素-只找最小的
voidFindCommonElements(inta[],intb[],intc[],intx,inty,intz)
{
for(inti=0,j=0,k=0;i<xj<yk<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<<"Notfound!"<<endl;
}

如果三个数组都无序，可以先对a, b进行排序，然后对c中任意一个元素都在b和c中做二分搜索。

代码

//找出三个数组的共同元素
//O(NlogN)
intUniqueCommonItem(int*a,int*b,int*c,intn)
{
//sortarraya
qsort(a,n,sizeof(int),compare);//NlogN

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

//foreachelementinarrayc,doabinarysearchinaandb
//ThisisuptoacomplexityofN*2*logN
for(inti=0;i<n;i++)
{
if(BinarySearch(a,n,c[i])BinarySearch(b,n,c[i]))
returnc[i];
}

return-1;//notfound
}

也可以对a进行排序，然后对于b和c中任意一个元素都在a中进行二分搜索，但是这样做是有问题的，你看出来了么？感谢网友yy_5533指正。

代码

//找出三个数组唯一的共同元素
//O(NlogN)
intUniqueCommonItem1(int*a,int*b,int*c,intn)
{
//sortarraya
qsort(a,n,sizeof(int),compare);//NlogN

//Spacefortime
bool*bb=newbool[n];
memset(bb,0,n);

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

//foreachelementinb,doaBSinaandmarkallthecommonelement
for(inti=0;i<n;i++)//NlogN
{
if(BinarySearch(a,n,b[i]))
bb[i]=true;
}

//foreachelementinc,doaBSonlyifb[i]istrue
for(inti=0;i<n;i++)//NlogN
{
if(b[i]BinarySearch(a,n,c[i]))
returnc[i];
}

return-1;//notfound
}

排序和二分搜索代码如下

//Determinewhetheracontainsvaluek
boolBinarySearch(int*a,intn,intk)
{
intleft=0;
intright=n-1;
while(left<=right)
{
intmid=(left+right);

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

returnfalse;
}

//Comparefunctionforqsort
intcompare(constvoid*a,constvoid*b)
{
return*(int*)a-*(int*)b;
}

小小总结一下，对于在数组中进行查找的问题，可以分如下两种情况处理

1. 如果给定的数组有序，那么首先应该想到Binary Search，所需O(logn)

2. 如果给定的数组无序，那么首先应该想到对数组进行排序，很多排序算法都能在O(nlogn)时间内对数组进行排序，然后再使用二分搜索，总的时间复杂度仍是O(nlogn)。

如果能做到以上两点，大多数关于数组的查找问题，都能迎刃而解。

找出数组中唯一的重复元素

给定含有1001个元素的数组，其中存放了1-1000之内的整数，只有一个整数是重复的，请找出这个数

分析

求出整个数组的和，再减去1-1000的和

代码

略

找出出现奇数次的元素

给定一个含有n个元素的整型数组a，其中只有一个元素出现奇数次，找出这个元素。这道题实际上是一个变种，原题是找出数组中唯一一个出现一次的元素，下面的方法可以同时解决这两道提。所以题目就用这个广义的吧。

分析

因为对于任意一个数k，有k ^ k = 0，k ^ 0 = k，所以将a中所有元素进行异或，那么个数为偶数的元素异或后都变成了0，只留下了个数为奇数的那个元素。

代码

intFindElementWithOddCount(int*a,intn)
{
intr=a[0];

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

returnr;
}

求数组中满足给定和的数对

给定两个有序整型数组a和b，各有n个元素，求两个数组中满足给定和的数对，即对a中元素i和b中元素j，满足i + j = d(d已知)

分析

两个指针i和j分别指向数组的首尾，然后从两端同时向中间遍历。

代码

//找出满足给定和的数对
voidFixedSum(int*a,int*b,intn,intd)
{
for(inti=0,j=n-1;i<nj>=0)
{
if(a[i]+b[j]<d)
++i;
elseif(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

给定一个整型数组a，求出最大连续子段之和，如果和为负数，则按0计算，比如1， 2， -5， 6， 8则输出6 + 8 = 14

分析

编程珠玑上的经典题目，不多说了。

代码

//子数组的最大和
intSum(int*a,intn)
{
intcurSum=0;
intmaxSum=0;
for(inti=0;i<n;i++)
{
if(curSum+a[i]<0)
curSum=0;
else
{
curSum+=a[i];
maxSum=max(maxSum,curSum);
}
}
returnmaxSum;
}

最大子段积

给定一个整型数组a，求出最大连续子段的乘积，比如 1， 2， -8， 12， 7则输出12 * 7 = 84

分析

与最大子段和类似，注意处理负数的情况

代码

//子数组的最大乘积
intMaxProduct(int*a,intn)
{
intmaxProduct=1;//maxpositiveproductatcurrentposition
intminProduct=1;//minnegativeproductatcurrentposition
intr=1;//result,maxmultiplicationtotally

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

r=max(r,maxProduct);
}

returnr;
}

数组循环移位

将一个含有n个元素的数组向右循环移动k位，要求时间复杂度是O(n)，且只能使用两个额外的变量，这是在微软的编程之美上看到的一道题

分析

比如数组 1 2 3 4循环右移1位 将变成 4 1 2 3， 观察可知1 2 3 的顺序在移位前后没有改变，只是和4的位置交换了一下，所以等同于1 2 3 4 先划分为两部分

1 2 3 | 4，然后将1 2 3逆序，再将4 逆序 得到 3 2 1 4，最后整体逆序 得到 4 1 2 3

代码

//将buffer中start和end之间的元素逆序
voidReverse(intbuffer[],intstart,intend)
{
while(start<end)
{
inttemp=buffer[start];
buffer[start++]=buffer[end];
buffer[end--]=temp;
}
}

//将含有n个元素的数组buffer右移k位
voidShift(intbuffer[],intn,intk)
{
k%=n;

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

稍微扩展一下,如果允许分配额外的数组,那么定义一个新的数组,然后将移位后的元素直接存入即可,也可以使用队列,将移动后得元素出对,再插入队尾即可.

字符串逆序

给定一个含有n个元素的字符数组a，将其原地逆序。

分析

可能您觉得这不是关于数组的，而是关于字符串的。是的。但是别忘了题目要求的是原地逆序，也就是不允许额外分配空间，那么参数肯定是字符数组形式，因为字符串是不能被修改的（这里只C/C++中的字符串常量）。

所以，和数组有关了吧，只不过不是整型数组，而是字符数组。用两个指针分别指向字符数组的首位，交换其对应的字符，然后两个指针分别向数组中央移动，直到交叉。

代码

//字符串逆序
voidReverse(char*a,intn)
{
intleft=0;
intright=n-1;

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

组合问题

给定一个含有n个元素的整型数组a，从中任取m个元素，求所有组合。比如下面的例子

a = 1, 2, 3, 4, 5

m = 3

输出

123,124,125,134,135,145

234,235,245
345

分析

典型的排列组合问题，首选回溯法，为了简化问题，我们将a中n个元素值分别设置为1-n

代码

//n选m的所有组合
intbuffer[100];

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

boolIsValid(intlastIndex,intvalue)
{
for(inti=0;i<lastIndex;i++)
{
if(buffer[i]>=value)
returnfalse;
}
returntrue;
}

voidSelect(intt,intn,intm)
{
if(t==m)
PrintArray(buffer,m);
else
{
for(inti=1;i<=n;i++)
{
buffer[t]=i;
if(IsValid(t,i))
Select(t+1,n,m);
}
}
}

合并两个数组

给定含有n个元素的两个有序（非降序）整型数组a和b。合并两个数组中的元素到整型数组c，要求去除重复元素并保持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

利用合并排序的思想，两个指针i,j和k分别指向数组a和b，然后比较两个指针对应元素的大小，有以下三种情况

1. a[i] < b[j]，则c[k] = a[i]。

2. a[i] == b[j]，则c[k]等于a[i]或b[j]皆可。

3. a[i] > b[j]，则c[k] = b[j]。

重复以上过程，直到i或者j到达数组末尾，然后将剩下的元素直接copy到数组c中即可

代码

//合并两个有序数组
voidMerge(int*a,int*b,int*c,intn)
{
inti=0;
intj=0;
intk=0;

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

if(i==n)//若a遍历完毕，处理b中剩下的元素
{
for(intm=j;m<n;++m)
c[k++]=b[m];
}
else//j==n,若b遍历完毕，处理a中剩下的元素
{
for(intm=i;m<n;++m)
c[k++]=a[m];
}
}

重排问题

给定含有n个元素的整型数组a，其中包括0元素和非0元素，对数组进行排序，要求：

1. 排序后所有0元素在前，所有非零元素在后，且非零元素排序前后相对位置不变

2. 不能使用额外存储空间

例子如下

输入0,3,0,2,1,0,0

输出0,0,0,0,3,2,1

分析

此排序非传统意义上的排序，因为它要求排序前后非0元素的相对位置不变，或许叫做整理会更恰当一些。我们可以从后向前遍历整个数组，遇到某个位置i上的元素是非0元素时，如果a[k]为0，则将a[i]赋值给a[k]，a[k]赋值为0。实际上i是非0元素的下标，而k是0元素的下标

代码

voidArrange(int*a,intn)
{
intk=n-1;
for(inti=n-1;i>=0;--i)
{
if(a[i]!=0)
{
if(a[k]==0)
{
a[k]=a[i];
a[i]=0;
}
--k;
}
}
}

找出绝对值最小的元素

给定一个有序整数序列（非递减序），可能包含负数，找出其中绝对值最小的元素，比如给定序列 -5, -3, -1, 2, 8 则返回1。

分析

由于给定序列是有序的，而这又是搜索问题，所以首先想到二分搜索法，只不过这个二分法比普通的二分法稍微麻烦点，可以分为下面几种情况

• 如果给定的序列中所有的数都是正数，那么数组的第一个元素即是结果。
• 如果给定的序列中所有的数都是负数，那么数组的最后一个元素即是结果。
• 如果给定的序列中既有正数又有负数，那么绝对值得最小值一定出现在正数和负数的连接处。

为什么？

因为对于负数序列来说，右侧的数字比左侧的数字绝对值小，如上面的-5, -3, -1, 而对于整整数来说，左边的数字绝对值小，比如上面的2, 8，将这个思想用于二分搜索，可先判断中间元素和两侧元素的符号，然后根据符号决定搜索区间，逐步缩小搜索区间，直到只剩下两个元素。

代码

单独设置一个函数用来判断两个整数的符号是否相同。

boolSameSign(inta,intb)
{
if(a*b>0)
returntrue;
else
returnfalse;
}

主函数代码。

//找出一个非递减序整数序列中绝对值最小的数
intMinimumAbsoluteValue(int*a,intn)
{
//Onlyonenumberinarray
if(n==1)
{
returna[0];
}

//Allnumbersinarrayhavethesamesign
if(SameSign(a[0],a[n-1]))
{
returna[0]>=0?a[0]:a[n-1];
}

//Binarysearch
intl=0;
intr=n-1;

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

intm=(l+r)/2;

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

这段代码是有问题的，感谢网友lingyunfish的指正，你看出来了么？修改后的代码如下：

//找出一个非递减序整数序列中绝对值最小的数
intMinimumAbsoluteValue(int*a,intn)
{
//Onlyonenumberinarray
if(n==1)
{
returna[0];
}

//Allnumbersinarrayhavethesamesign
if(SameSign(a[0],a[n-1]))
{
returna[0]>=0?a[0]:a[n-1];
}

//Binarysearch
intl=0;
intr=n-1;

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

intm=(l+r)/2;

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