关于数组的几道面试题

一、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，原因是这道题要求用递归法，只用一行代码。
分析：

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

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

// 求数组的最大值和最小值，返回值在maxValue和minValue
void MaxandMin(int *a, int l, int r, int& maxValue, int& minValue)
{
    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 ;
    }

    int m = (l + r) / 2 ; // 求中点

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

    int rmax ; // 右半部份最大值
    int rmin ; // 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
}

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。

// 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
void MaxandMin(int a[], int left, int right, int&max, int&second)
{
    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
    {
        int mid = left + (right - left) /2 ;

        int leftmax ;
        int leftsecond ;
        MaxandMin(a, left, mid, leftmax, leftsecond) ;

        int rightmax ;
        int rightsecond ;
        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 ;
        }
    }
}

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

// 找出数组中出现次数超过一半的元素
int Find(int* a, int n)
{
    int curValue = a[0] ;
    int count = 1 ;

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

    return curValue ;
}

int compare(const void* a, const void* b)
{
    return *(int*)a - *(int*)b ;
}

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

    int i ; // Index of number 1
    int j ; // Index of number 2

    int minDistance = numeric_limits::max() ;
    for (int k = 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 << "Minimum distance is: " << minDistance << endl ;
    cout << "i = " << i << " j = " << j << endl ;
}

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。

// 找出两个数组的共同元素
void FindCommon(int* a, int* b, int n)
{
    int i = 0;
    int j = 0 ;

    while (i < n && j < n)
    {
        if (a[i] < b[j])
            ++i ;
        else if(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。

// 找出满足给定和的数对
void FixedSum(int* a, int* b, int n, int d)
{
    for (int i = 0, j = n - 1; i < n && j >= 0)
    {
        if (a[i] + b[j] < d)
            ++i ;
        else if (a[i] + b[j] == d)
        {
            cout << a[i] << ", " << b[j] << endl ;
            ++i ;
            --j ;
        }
        else // a[i] + b[j] > d
            --j ;
    }
}

// 子数组的最大和
int Sum(int* a, int n)
{
    int curSum = 0;
    int maxSum = 0;
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        if (curSum + a[i] < 0)
            curSum = 0;
        else
        {
            curSum += a[i] ;
            maxSum = max(maxSum, curSum);
        }
    }
    return maxSum;
}

// 子数组的最大乘积
int MaxProduct(int *a, int n)
{
    int maxProduct = 1; // max positive product at current position
    int minProduct = 1; // min negative product at current position
    int r = 1; // result, max multiplication totally

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

        r = max(r, maxProduct);
    }

    return r;
}

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

// 将buffer中start和end之间的元素逆序
void Reverse( int buffer[], int start, int end )
{
    while ( start < end )
    {
        int temp = buffer[ start ] ;
        buffer[ start++ ] = buffer[ end ] ;
        buffer[ end-- ] = temp ;
    }
}

// 将含有n个元素的数组buffer右移k位
void Shift( int buffer[], int n, int k )
{
    k %= n ;

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

// 字符串逆序
void Reverse(char*a, int n)
{
        int left =0; 
        int right = n -1;

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

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

1 2 3, 1 2 4, 1 2 5, 1 3 4, 1 3 5, 1 4 5

2 3 4, 2 3 5, 2 4 5
3 4 5
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

// n选m的所有组合
int buffer[100] ;

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

bool IsValid(int lastIndex, int value)
{
    for (int i = 0; i < lastIndex; i++)
    {
        if (buffer[i] >= value)
            return false;
    }
    return true;
}

void Select(int t, int n, int m)
{
    if (t == m)
        PrintArray(buffer, m);
    else
    {
        for (int i = 1; i <= n; i++)
        {
            buffer[t] = i;
            if (IsValid(t, i))
                Select(t + 1, n, m);
        }
    }
}

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：略。
十六、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

void Arrange(int* a, int n)
{
    int k = n -1 ;
    for (int i = n -1; i >=0; --i)
    {
        if (a[i] !=0)
        {
            if (a[k] ==0)
            {
                a[k] = a[i] ;
                a[i] =0 ;
            }
            --k ;
        }
    }
}

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。