【Java】面试题51:数组中的逆序对

题目:在数组中的两个数字,如果前面一个数字大于后面的数字,则这两个数字组成一个逆序对。

输入一个数组,求出这个数组中的逆序对的总数。例如,在数组{7,5,6,4}中,一共存在5个逆序对, 分别是(7,5),(7,4),(6,4),(5,4).

思路:
看到这个题目,我们的第一反应就是顺序扫描整个数组。每扫描到一个数组的时候,逐个比较该数字和它后面的数字的大小。如果后面的数字比它小,则这两个数字就组成一个逆序对。假设数组中含有n个数字。由于每个数字都要和O(n)个数字做比较,因此这个算法的时间复杂度为O(n2)。我们尝试找找更快的算法。

我们以数组{7,5,6,4}为例来分析统计逆序对的过程,每次扫描到一个数字的时候,我们不能拿它和后面的每一个数字做比较,否则时间复杂度就是O(n2)因此我们可以考虑先比较两个相邻的数字。

如下图所示,我们先把数组分解称两个长度为2的子数组,再把这两个子数组分别茶城两个长度为1的子数组。接下来一边合并相邻的子数组,一边统计逆序对的数目。在第一对长度为1的子数组{7},{5}中7大于5,因此{7,5}组成一个逆序对。同样在第二对长度为1的子数组{6},{4}中也有逆序对{6,4}。由于我们已经统计了这两队子数组内部逆序对,因此需要把这两对子数组排序,以免在以后的统计过程中再重复统计。

在这里插入图片描述在这里插入图片描述
接下来我们统计两个长度为2的子数组之间的逆序对。

我们先用两个指针分别指向两个子数组的末尾,并每次比较两个指针指向的数字。如果第一个子数组中的数字大于第二个子数组中的数字,则构成逆序对,并且逆序对的数目等于第二个子数组中的剩余数字的个数。如果第一个数组中的数字小于或等于第二个数组中的数字,则不构成逆序对。每一次比较的时候,我们都把较大的数字从后往前复制到一个辅助数组中去,确保辅助数组中的数字是递增排序的。在把较大的数字复制到数组之后,把对应的指针向前移动一位,接着来进行下一轮的比较。

经过前面详细的讨论,我们可以总结出统计逆序对的过程:先把数组分隔成子数组,先统计出子数组内部的逆序对的数目,然后再统计出两个相邻子数组之间的逆序对的数目。在统计逆序对的过程中,还需要对数组进行排序。如果对排序算法很熟悉,我们不难发现这个排序的过程就是归并排序

注意:i–是先等于了之后i再减1.

package jianZhiOffer;

public class Demo51 {

	public static void main(String[] args) {
		int[] data = {7,5,6,4};
		System.out.print(InversePairs(data));
	}
	public static int InversePairs(int[] data) {
		int length = data.length;
		if(data==null || length==0)
			return 0;
		int[] copy = new int[length];
		for(int i=0;i<length;i++)
			copy[i] = data[i];
		int count = InversePairsCore(data,copy,0,length-1);
		return count;
	}
	public static int InversePairsCore(int[] data,int[] copy, int start,int end) {
		if(start==end)
			return 0;
		int length = (end-start)/2;
		int left = InversePairsCore(copy,data,start,start+length);
		int right = InversePairsCore(copy,data,start+length+1,end);
		
		//i初始化为前半段最后一个数字的下标
		int i = start+length;
		//j初始化为后半段最后一个数字的下标
		int j = end;
		int indexCopy = end;
		int count =0;
		
		while(i>=start && j>=start+length+1) {
			if(data[i]>data[j]) {
				copy[indexCopy--] = data[i--];
				count += j-start-length;

			}else
				copy[indexCopy--] = data[j--];
		}
		for(;i>=start;i--)
			copy[indexCopy--] = data[i];
		for(;j>=start+length+1;j--)
			copy[indexCopy--] = data[j];
		
		return left+right+count;
	}

}

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