问题描述
有一个环形轨道,上有若干加油站,一辆小车(初始时油箱为空,油箱容量无线)从某个加油站出发绕一圈,路上需要耗油,已知 加油站的总油量和路上需要消耗地油量一样多,问是否可以找到从一个加油站出发,小车可以正常绕一圈?
问题解析
其实上面的题与下面的题目类似:
有一个循环数组,{1, 2, -3, 4, -5, -8, 9},问找出一个数,使得从该数出发,往右的所有子数组,比如 {2}, {2,-3}, {2, -3, 4}, {2, -3, 4, -5}, {2, -3, 4, -5, -8}, {2, -3, 4, -5, -8, 9}, {2, -3, 4, -5, -8, 9, 1} 每个子数组的和,都要 >= 0,即不为负。显然以2开始,是不行的,因为 {2, -3} 的和就是-1,已经不满足条件了。
问题解决1
构造如下一个双向链表,链表节点中第一个元素指示为index,第二个元素为对应的值:
{0,1} <-> {1, 2} <-> {2, -3} <-> {3, 4} <-> {4, -5} <-> {5, -8} <-> {6, 9}
顺序扫描,从头开始。找出第一个节点,其值小于0,。
找出的节点为 {2, -3},那么 * 我们要找的答案必须不是以该元素开始的,因为它已经是-3了*,那么将 {2, -3} 和前一项 ({1, 2})整合,新的节点为 {1, -3+2} 即 {1, -1}。整合后的节点的index值取整合前的前一项({1,2})的index值。
{0,1} <-> {1, -1} <-> {3, 4} <-> {4, -5} <-> {5, -8} <-> {6, 9}
现在发现 {1, -1} 还是-1,那么继续往前整合:
{0,0} <-> {3, 4} <-> {4, -5} <-> {5, -8} <-> {6, 9}
ok,现在可以开始考虑 {3,4}, 没问题,继续往下扫描。 遇到 {4, -5}节点时,又是-5,因此继续往前整合:
{0,0} <-> {3, -1} <-> {5, -8} <-> {6, 9}
{0,-1} <-> {5, -8} <-> {6, 9}
{5, -8} <-> {6, 8} // 将 {0,-1} 与循环数组的前一项({6,9})整合
此时剩下 {5, -8},继续整合:
{6, 0}
剩下index就是6,因此对应的那个值即 9,就是我们需要的答案。
每个节点最多被扫描一次和删除一次。时间复杂度为 O(n),空间复杂度为 O(n)。
问题解决2
上述方案中,空间复杂度还是有点高。因此需要更好的方法。
其实在上述方案中,隐藏着另一幅视角:
倘若 arr[0..k]为 arr[0..0] ~ arr[0..n-1] 之间的和首次为负数,那么 arr[0..k] 可以整合为一个负数来看待。因此此时 arr[k] 必定是一个必经大的负数,那么该负数可以一直往前整合,直到把 arr[0]也整合进来。整合之后的值依然为负数。
OK,在上述情况下继续讨论,此时可以继续直接从 arr[k+1]往下扫描。直到 arr[k+1 .. j] 为负数,此时这个区间的数可以整合成一个负数。
直到从 arr[i .. n-1] 这段区间为正数,而且该正数可以恰好cover掉之前整合后的若干负数。那么 i 就是我们所求的。 从 i 开始的n的长度递增的子数组,其和均为非负。
算法思想:
sum <- 0
for each i in 0 .. n-1
sum <- sum + arr[i]
if sum < 0 then
sum <- 0
else if i == n-1 then
return i // 一定会有个i,是的该式子满足 且此时 sum > 0
i <- i+1
时间复杂度为O(n),空间复杂度为O(1)