Leetcode04--给定两个大小为 m 和 n 的正序（从小到大）数组 nums1 和 nums2。请你找出并返回这两个正序数组的中位数。

文章目录

题目
一、归并算法
二、二分查找法

题目

给定两个大小为 m 和 n 的正序（从小到大）数组 nums1 和 nums2。请你找出并返回这两个正序数组的中位数。
进阶：你能设计一个时间复杂度为 O(log (m+n)) 的算法解决此问题吗？

示例 1：输入：nums1 = [1,3], nums2 = [2] 输出：2.00000 解释：合并数组 = [1,2,3] ，中位数2

示例 2：输入：nums1 = [1,2], nums2 = [3,4] 输出：2.50000 解释：合并数组 = [1,2,3,4] ，中位数 (2 + 3) / 2 = 2.5

示例 3：输入：nums1 = [0,0], nums2 = [0,0] 输出：0.00000

示例 4：输入：nums1 = [], nums2 = [1] 输出：1.00000

示例 5：输入：nums1 = [2], nums2 = [] 输出：2.00000

提示：
nums1.length == m
nums2.length == n
0 <= m <= 1000
0 <= n <= 1000
1 <= m + n <= 2000
-106 <= nums1[i], nums2[i] <= 106
来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/median-of-two-sorted-arrays
著作权归领扣网络所有。商业转载请联系官方授权，非商业转载请注明出处。

一、归并算法

说明:第一次做这个题的时候用的是归并思想，但是归并的话时间和空间复杂度都是o(m+n)，很简单，所以直接贴代码。

class Solution {private static int[] merge(int[] a, int[] b) {// TODO Auto-generated method stubint[] temp=new int[a.length+b.length];int i=0;int j=0;int k=0;while(i<a.length&&j<b.length) {temp[k++]=a[i]<b[j]?a[i++]:b[j++];}while(i<a.length) {temp[k++]=a[i++];}while(j<b.length) {temp[k++]=b[j++];}return temp;
}public double findMedianSortedArrays(int[] nums1, int[] nums2) {int[] c=merge(nums1,nums2);return c.length%2==1?c[c.length/2]:((double)c[c.length/2]+c[c.length/2-1])/2;
}
}

二、二分查找法

时间复杂度:o(log(m+n))

如何确定中位数呢?我们可以引入一个分隔线。
例如在一个数组的时候:
1)数组长度为偶数时
eg.
①长度为4的数组，分割线左边有（4+1)/2个数，中位数为分割线两边的数的平均值:(2+3)/2=2.5【说明:本应该是分割线前面有4/2，之所以(4+1)/2是为了和数组长度为奇数时形式一样，避免讨论】

②两个长度为2的数组，两数组分割线左边的数分别为:2和0，两数组分割线左边数的总数是(2+2+1)/2，中位数为分割线左边最大的数2和分割线右边最小的数的3平均值（2+3）/2=2.5
【说明:本应该是分割线位置（2+2）/2，(2+2+1)/2是为了和数组长度为奇数时形式一样，避免讨论】

分析:上面这个分割线的位置是唯一的。其要满足两个条件:
①分割线左边的数(图中分割线左边数为1、2）为两个数组的长度的一半
②分割线左边的数（上图中数为1、2）必须小于等于右边的数（上图中数为3、4)。

怎么将上面的逻辑分析转化成直观的数学表达式呢?
设数组为nums1[]、nums2[]，分割线的位置在第一个数组为i,第二个数组为j。
①第一个条件很容易转化成一个数学表达式:
i+j=(m+n)/2
注:m+n为偶数，所以加1不影响整除结果，即是(m+n)/2 =(m+n+1)/2，i+j=(m+n+1)/2，之所以这样做是为了与后面的数组长度为奇数的结果相对应。
②因为nums1和nums2都是有序数组，所以在分割线左边的nums1的数肯定小于分割线右边nums1的数，同理，nums2亦然。所以，只需要如下两个数学表达式:

nums1[i-1]<nums2[j];
nums1[i]>nums2[j-1];

2)数组长度为奇数时
eg.
1.在有一个长度为3的数组时，分割线左边应该有(3+1)/2=2个数，分割线左边的第一个数则是中位数

2.下面有两个数组，长度总和为奇数(1+2=3),为了寻找中位数,我们作出了如下分割线，分割线左边有(3+1)/2=2个数，且要满足条件2(条件2见总结)，很明显，分割线位置总和为2,且等于(数组总长度+1)/2即是(3+1)/2。

分析知道和1中奇数情况一模一样，所以总结出:
设数组为nums1[]、nums2[]，分割线的位置在第一个数组为i,第二个数组为j。
i+j=(m+n+1)/2; nums1[i-1]<nums2[j]; nums1[i]>nums2[j-1];

那么我们如何用二分查找来寻找中位数呢?
由i+j=(m+n+1)/2;知道，我们只需要确定在一个数组中的位置i，就可以找到另一个数组中的位置j。为了解决数组越界，我们选择在数组长度比较小的那个数组上进行二分查找。那么，当什么位置查找成功呢?这个位置是唯一的吗?根据中位数的性质，非常容易可以推断出这个分割线的位置是唯一的。那么，我们在查找到这个位置的时候如何停止呢?我们引入左右分割线左右边界(left=0,right=nums1.length，如下图),然后利用nums1[i-1]<nums2[j]; nums1[i]>nums2[j-1];逐步缩小搜索区间（具体思路在文末有详细描述)，最终左右边界相等时搜索停止，即当left=right时搜索停止且left即为nums1中分割线i的位置。

class Solution {public double findMedianSortedArrays(int[] nums1, int[] nums2) {int m=nums1.length;int n=nums2.length;if((m+n)==1)return m==1?nums1[0]:nums2[0];int left=0;int right=m;if(m>n){right=n;int[] temp=nums1;//注意这种写法nums1=nums2;nums2=temp;}int total=(m+n+1)/2;while(left<right) {int i=left+(right-left)/2;int j=total-i;if(nums1[i]>nums2[j-1]) {//搜索区间[left,i]，要注意区间只有两个数时是否会无限循环right=i;}else {//搜索区间[i+1,right]，要注意区间只有2个数是否会无限循环left=i+1;}}    int i=left;int j=total-i;int lvalue,rvalue;if(i-1<0) {lvalue=nums2[j-1];}else if(j-1<0) {lvalue=nums1[i-1];}else lvalue=nums1[i-1]>nums2[j-1]?nums1[i-1]:nums2[j-1];if(i>=nums1.length) {rvalue=nums2[j];}else if(j>=nums2.length) {rvalue=nums1[i];}else rvalue=nums1[i]<nums2[j]?nums1[i]:nums2[j];return (m+n)%2==0?((double)(lvalue+rvalue)/2):lvalue;
}
}

值得强调的是:
if(nums1[i]>nums2[j-1]) {
//搜索区间[left,i]
right=i;
}
else {
//搜索区间[i+1,right]
left=i+1;
}
我们很容易理解，当nums1[i]<=nums2[j-1]时，分割线的搜索区间应该是[i+1,right],为什么在else的时候分割线的搜索区间一定是[left,i]呢?

我们用A1、A2模拟分割线左右两边nums1的数据，B1、B2为分割线左右两边nums2的数据，因为我们只能找到一条在符合i+j=(m+n+1)/2的同时，符合A1<B2,B1<A2的分割线，而且，如果nums1中分割线左移(由i+j=(m+n+1)/2可知nums2中分割线右移)，A1、A2减小，B1、B2增大。我们在来回顾之前的问题，A1>B2时，分割线的搜索区间应该在哪里呢?很明显，为了使B1>A2,分割线应该尽量左移，直到符合条件的最左端，因为越左，B1就会增大，A2就会减小，就会趋近A1>B2的条件。

【注意】
1.在数组的有关问题中，一定要注意越界问题，在分割搜索区间的有关算法中，一定要注意栈溢出问题(也就是无限循环)。
2.代码还未进行优化，参考了leetcode的标准答案，发现可以用一些函数解决长串的if else逻辑判断，代码具有更好的可读性。有时间我会把优化后的代码补充的文章的末尾。

优化后:

class Solution {public double findMedianSortedArrays(int[] nums1, int[] nums2) {int m=nums1.length;int n=nums2.length;if((m+n)==1)return m==1?nums1[0]:nums2[0];int left=0;int right=m;if(m>n){right=n;int[] temp=nums1;//注意这种写法nums1=nums2;nums2=temp;}int total=(m+n+1)/2;while(left<right) {int i=left+(right-left)/2;int j=total-i;if(nums1[i]>nums2[j-1]) {right=i;}else {left=i+1;}}    int i=left;int j=total-i;int nums1LValue=i-1>=0?nums1[i-1]:Integer.MIN_VALUE;int nums2LValue=j-1>=0?nums2[j-1]:Integer.MIN_VALUE;int nums1RValue=i>=nums1.length?Integer.MAX_VALUE:nums1[i];int nums2Rvalue=j>=nums2.length?Integer.MAX_VALUE:nums2[j];return (m+n)%2==0?(double)(Math.min(nums1RValue, nums2Rvalue)+Math.max(nums1LValue, nums2LValue))/2:Math.max(nums1LValue, nums2LValue);
}
}