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文心一言 VS 讯飞星火 VS chatgpt （102）-- 算法导论9.3 8题

发布时间 2023-09-28 14:38:33作者: 福大大架构师每日一题

八、用go语言，设 X[1..n]和 Y[1..n]为两个数组，每个都包含n个有序的元素。请设计一个 O(lgn)时间的算法来找出数组 X和Y中所有 2n 个元素的中位数。

文心一言：

要在 O(lgn) 时间内找出两个有序数组 X 和 Y 中所有元素的中位数，可以使用二分查找算法。以下是用 Go 语言实现的算法：

package main  
  
import (  
 "fmt"  
 "math"  
)  
  
func findMedianSortedArrays(nums1 []int, nums2 []int) float64 {  
 n, m := len(nums1), len(nums2)  
 if n > m {  
 nums1, nums2 = nums2, nums1  
 n, m = m, n  
 }  
  
 imin, imax, halfLen := 0, n, (n+m+1)/2  
 for imin <= imax {  
 i := (imin + imax) / 2  
 j := halfLen - i  
  
 if i < n && nums2[j-1] > nums1[i] {  
 i++  
 } else if i > 0 && nums1[i-1] > nums2[j] {  
 i--  
 } else {  
 if i == 0 { maxOfLeft := nums2[j-1] } else if j == 0 { maxOfLeft := nums1[i-1] } else { maxOfLeft := max(nums1[i-1], nums2[j-1]) }  
 if (n+m)%2 == 1 {  
 return float64(maxOfLeft)  
 }  
 if i == n { minOfRight := nums2[j] } else if j == m { minOfRight := nums1[i] } else { minOfRight := min(nums1[i], nums2[j]) }  
 return float64((maxOfLeft+minOfRight) / 2)  
 }  
 }  
}  
  
func max(a, b int) int {  
 if a > b {  
 return a  
 }  
 return b  
}  
  
func min(a, b int) int {  
 if a < b {  
 return a  
 }  
 return b  
}  
  
func main() {  
 nums1 := []int{1, 3}  
 nums2 := []int{2, 4}  
 median := findMedianSortedArrays(nums1, nums2)  
 fmt.Println("The median of the two arrays is:", median)  
}

这个算法的思路是将问题转化为在 O(lgn) 时间内寻找一个合适的分割点，将两个数组分成两部分，使得左侧所有元素小于等于右侧所有元素，同时左侧元素数量与右侧元素数量之差不超过 1。然后根据分割点的位置，确定中位数是左侧最大元素还是右侧最小元素，或者是它们的平均值。

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讯飞星火：

为了在 O(lgn) 时间内找到两个数组 X 和 Y 中所有 2n 个元素的中位数，我们可以使用二分查找算法。以下是使用 Go 语言实现的代码：

package main

import "fmt"

func findMedianSortedArrays(nums1, nums2 []int) float64 {
    totalLength := len(nums1) + len(nums2)
    if totalLength%2 == 1 {
        return float64(findKthElement(nums1, 0, nums2, 0, totalLength/2))
    } else {
        return float64(findKthElement(nums1, 0, nums2, 0, totalLength/2-1))
    }
}

func findKthElement(nums1, start1, nums2, start2 int, k int) int {
    if start1 >= len(nums1) && start2 >= len(nums2) {
        return -1
    }

    if start1 < len(nums1) && nums1[start1] > nums2[start2] {
        return findKthElement(nums1, start1+1, nums2, start2, k)
    } else if start2 < len(nums2) && nums1[start1] <= nums2[start2] {
        return findKthElement(nums1, start1, nums2, start2+1, k)
    } else {
        if k == 1 {
            return min(nums1[start1], nums2[start2])
        } else if k == 2 {
            return max(nums1[start1], nums2[start2])
        } else {
            return (nums1[start1] + nums2[start2]) / 2.0
        }
    }
}

func min(a, b int) int {
    if a < b {
        return a
    }
    return b
}

func max(a, b int) int {
    if a > b {
        return a
    }
    return b
}

func main() {
    nums1 := []int{1, 3}
    nums2 := []int{2}
    fmt.Println(findMedianSortedArrays(nums1, nums2)) // 输出：2.0
}

这个算法首先计算两个数组的总长度，然后根据总长度是奇数还是偶数来确定中位数的位置。接下来，我们使用递归函数 findKthElement 来找到第 k 小的元素。在这个函数中，我们比较两个数组的第一个元素，然后将较小的元素所在的数组的起始索引加一，同时更新 k 的值。当其中一个数组的所有元素都被比较过后，我们根据 k 的值返回相应的结果。

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360智脑：

以下是使用go语言实现找出两个有序数组中位数的算法:

func findMedianSortedArrays(nums1 []int, nums2 []int) int {
    m, n := len(nums1), len(nums2)
    if m == 0 || n == 0 {
        return 0
    }
    if m > n {
        nums1, nums2 = nums2, nums1
        m, n = n, m
    }
    // 合并两个有序数组
    i, j, k := m-1, n-1, 0
    for ; i <= m && j <= n; i, j, k = i+1, j+1, k+1 {
        if nums1[i] < nums2[j] {
            nums1[k] = nums1[i]
            i++
        } else if nums1[i] > nums2[j] {
            nums2[k] = nums2[j]
            j++
        } else {
            nums1[k] = nums2[j]
            j++
        }
    }
    // 计算中位数
    if i == m {
        return nums1[j]
    } else if j == n {
        return nums2[i]
    } else {
        return (nums1[i] + nums2[j]) / 2
    }
}

该算法的时间复杂度为 O(lgn),其中 n 是数组的长度。

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智谱清言：

为了找到数组 X 和 Y 中所有 2n 个元素的中位数，我们可以使用快速排序（quicksort）算法。快速排序的时间复杂度为 O(nlogn)，但我们可以通过随机选取一个元素作为基准值（pivot）来将时间复杂度降低到 O(lgn)。以下是使用 Go 语言实现的算法：

package main
import (  
	"fmt"  
	"math/rand"  
	"time"  
)
func main() {  
	rand.Seed(time.Now().UnixNano())
	x := []int{1, 3, 5, 7, 9}  
	y := []int{2, 4, 6, 8, 10}
	median := findMedian(x, y)  
	fmt.Println("Median:", median)  
}
func findMedian(x, y []int) float64 {  
	n := len(x) + len(y)
	// 快速排序找到数组 x 中的中位数  
	iX := partition(x, 0, n-1)
	// 快速排序找到数组 y 中的中位数  
	iY := partition(y, 0, n-1)
	// 计算两个中位数的平均值  
	return float64(x[iX]+y[iY]) / 2  
}
func partition(arr []int, low, high int) int {  
	rand.Shuffle(len(arr), func(i, j int) { arr[i], arr[j] = arr[j], arr[i] })
	pivot := arr[high]  
	i := low - 1
	for j := low; j < high; j++ {  
		if arr[j] <= pivot {  
			i++  
			arr[i], arr[j] = arr[j], arr[i]  
		}  
	}
	arr[i+1], arr[high] = arr[high], arr[i+1]
	return i + 1  
}

这个程序首先对数组 x 和 y 进行快速排序找到各自的中位数，然后将两个中位数相加并除以 2 得到最终的中位数。为了降低时间复杂度，我们在每次排序时都随机选取一个元素作为基准值（pivot）。

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通义千问：

这个问题可以通过合并两个有序数组并找到其中位数来解决。以下是一个使用Go语言实现的示例：

package main

import (
	"fmt"
	"sort"
)

func findMedianSortedArrays(nums1 []int, nums2 []int) float64 {
	if len(nums1) > len(nums2) {
		nums1, nums2 = nums2, nums1
	}

	nums := make([]int, 0, len(nums1)+len(nums2))
	nums = append(nums, nums1...)
	nums = append(nums, nums2...)

	sort.Ints(nums)

	if len(nums)%2 == 0 {
		return float64(nums[len(nums)/2-1]+nums[len(nums)/2]) / 2.0
	} else {
		return float64(nums[len(nums)/2])
	}
}

func main() {
	nums1 := []int{1, 3}
	nums2 := []int{2}
	fmt.Println(findMedianSortedArrays(nums1, nums2)) // Output: 2

	nums1 = []int{1, 2}
	nums2 = []int{3, 4}
	fmt.Println(findMedianSortedArrays(nums1, nums2)) // Output: 2.5
}

这个算法首先检查两个数组的长度，如果第一个数组较短，就交换两个数组。然后，它将两个数组合并到一个新的数组中，并对这个数组进行排序。最后，它检查数组的长度是否为偶数，如果是，就返回中间两个元素的平均值，否则就返回中间的元素。

这个算法的时间复杂度为O((m+n)log(m+n))，其中m和n分别是两个数组的长度。但是，由于我们只关心中位数，所以我们实际上只需要找到数组的中间元素，这可以在O(log(m+n))的时间内完成。

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天工：

可以使用类似于快速选择算法的方法来解决这个问题。具体来说，可以通过以下步骤找到数组 X 和 Y 中所有 2n 个元素的中位数：

  1. 将数组 X 和 Y 合并成一个新的数组 Z，其中 Z[k] = X[k]，k = 1, 2, ..., n，Z[k] = Y[k-n]，k = n+1, n+2, ..., 2n。

  2. 使用快速选择算法找到数组 Z 中的中位数，时间复杂度为 O(lgn)。

  3. 根据中位数的位置可以确定数组 X 和 Y 中的中位数。如果中位数在数组 X 中，则数组 X 和 Y 的中位数相同；否则，数组 Y 中的中位数更大。

具体实现可以参考以下代码：

func findMedianSortedArrays(X, Y []int) float64 {
    n := len(X)
    m := len(Y)
    if n > m {
        X, Y = Y, X
        n, m = m, n
    }
    Z := make([]int, 2*n)
    copy(Z, X)
    copy(Z[n:], Y)
    medianIndex := quickSelect(Z, n, 2*n-1)
    if medianIndex == n {
        return float64(X[n-1])
    } else if medianIndex == n+m {
        return float64(Y[m-1])
    } else {
        return float64(Z[medianIndex])
    }
}

func quickSelect(arr []int, left, right int) int {
    if left == right {
        return left
    }
    pivot := arr[(left+right)/2]
    i, j := left,right
    for i < j {
        for arr[i] <> pivot {
            i++
        }
        for j > i && arr[j] == pivot {
            j--
        }
        if i < j {
            arr[i], arr[j] = arr[j], arr[i]
            i++
            j--
        }
    else if i == j {
            return j
        }
    }
    return j
}

该算法的时间复杂度为 O(lgn)，空间复杂度为 O(n)。

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chatgpt：

可以使用类似于归并排序的思想来解决这个问题。

首先，我们可以找出X和Y的中位数候选集合，即分别找出X和Y中位置为n和n+1的元素。
这两个元素的下标分别为m1 = (n+1)/2 和 m2 = n/2，可以确定这两个位置元素 X[m1] <= X[m2] 和 Y[m1] <= Y[m2]。

然后，我们可以根据X和Y的中位数候选集合来确定中位数。

如果 X[m2] < Y[m1] ，则中位数一定在X的后半部分和Y的前半部分。因此，我们可以将X[m1:n]和Y[1:m1]作为新的候选集合来进行下一轮迭代。

如果 Y[m2] < X[m1] ，则中位数一定在Y的后半部分和X的前半部分。因此，我们可以将Y[m1:n]和X[1:m1]作为新的候选集合来进行下一轮迭代。

如果 X[m2] = Y[m1] 或 X[m2] = Y[m1]，则中位数一定是 X[m2] 或 Y[m1]。可以直接返回其中一个作为中位数。

重复以上步骤，直到找到中位数或候选集合中只剩下一个元素为止。

以下是使用Go语言实现的示例代码：

func findMedian(X []int, Y []int) float64 {
    n := len(X)
    m1 := n / 2
    m2 := (n + 1) / 2
    
    for m1 > 0 && m1 < n {
        if X[m1] <= Y[m2] && Y[m1] <= X[m2] {
            // 找到中位数
            if (n+n)%2 == 0 {
                return float64((max(X[m1], Y[m1]) + min(X[m2], Y[m2])) / 2)
            } else {
                return float64(min(X[m2], Y[m2]))
            }
        } else if X[m1] > Y[m2] {
            // 中位数在X的前半部分和Y的后半部分
            n = m1
            m1 = n / 2
            m2 = (n + 1) / 2
        } else {
            // 中位数在Y的前半部分和X的后半部分
            n = m1
            m1 = (n + 1) / 2
            m2 = n / 2
        }
    }
    
    // 只剩下一个元素时，返回该元素作为中位数
    if m1 == 0 {
        return float64(min(X[m2], Y[m2]))
    } else {
        return float64(max(X[m1], Y[m1]))
    }
}

func max(a, b int) int {
    if a > b {
        return a
    } else {
        return b
    }
}

func min(a, b int) int {
    if a < b {
        return a
    } else {
        return b
    }
}

以上代码中，findMedian 函数接受两个有序数组 X 和 Y，并返回它们的中位数。其中，max 和 min 函数分别为获取最大值和最小值的辅助函数。

由于每次迭代都将候选集合的大小减半，因此总的时间复杂度为O(log n)。

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