【重点】【二分搜索】剑指offer——面试题8：旋转数组的最小数字

力扣153
153题目简单，无重复元素！二分查找，注意细节！！！

class Solution {
    public int findMin(int[] nums) {
        int left = 0;
        int right = nums.length - 1;                /* 左闭右闭区间，如果用右开区间则不方便判断右值 */ 
        while (left < right) {                      /* 循环不变式，如果left == right，则循环结束 */
            int mid = left + (right - left) / 2;    /* 地板除，mid更靠近left */
            if (nums[mid] > nums[right]) {          /* 中值 > 右值，最小值在右半边，收缩左边界 */ 
                left = mid + 1;                     /* 因为中值 > 右值，中值肯定不是最小值，左边界可以跨过mid */ 
            } else if (nums[mid] < nums[right]) {   /* 明确中值 < 右值，最小值在左半边，收缩右边界 */ 
                right = mid;                        /* 因为中值 < 右值，中值也可能是最小值，右边界只能取到mid处 */ 
            }
        }
        return nums[left];    /* 循环结束，left == right，最小值输出nums[left]或nums[right]均可 */     
    }
}

力扣154（力扣）154存在重复数字，边界细节更多！参考链接

class Solution:
    def findMin(self, nums: List[int]) -> int:
        l, r = 0, len(nums) - 1
        while l < r:
            mid = (l + r) // 2
            if nums[mid] > nums[r]:
                l = mid + 1
            elif nums[mid] < nums[r]:
                r = mid
            else: # 当相等时，无法判断在哪边，缩小右边界！！！
                r -= 1
        return nums[l]

class Solution {
    public int stockManagement(int[] stock) {
        if (stock.length == 0) {
            return 0;
        }
        int left = 0, right = stock.length - 1;
        while (left < right) {
            int mid = left + (right - left) / 2;
            if (stock[mid] > stock[right]) {
                left = mid + 1;
            } else if (stock[mid] < stock[right]) {
                right = mid;
            } else {
                --right;
            }
        }

        return stock[left];
    }
}

Solution1:
自己想的复杂度为$O(n)$的算法，若用二分查找则：
1.代码复杂；2.最坏情况下的二分查找的时间复杂度亦为$O(n)$

class Solution {
public:
    int minNumberInRotateArray(vector<int> rotateArray) {
        int n=rotateArray.size();
        if(n<=1) return n==0? 0:rotateArray[0];
        for(int i=1;i<n;i++){
            if(rotateArray[i]<rotateArray[i-1])
                return rotateArray[i];
        }
        return rotateArray[0];
    }
};

Solution2：书中的思路。参考链接：
https://www.nowcoder.com/profile/648947/codeBookDetail?submissionId=2954831
剑指Offer中有这道题目的分析。这是一道二分查找的变形的题目。
旋转之后的数组实际上可以划分成两个有序的子数组：前面子数组的大小都大于后面子数组中的元素
注意到实际上最小的元素就是两个子数组的分界线。本题目给出的数组一定程度上是排序的，因此我们试着用二分查找法寻找这个最小的元素。
思路：
（1）我们用两个指针left,right分别指向数组的第一个元素和最后一个元素。按照题目的旋转的规则，第一个元素应该是大于最后一个元素的（没有重复的元素）。
但是如果不是旋转，第一个元素肯定小于最后一个元素。
（2）找到数组的中间元素。
中间元素大于第一个元素，则中间元素位于前面的递增子数组，此时最小元素位于中间元素的后面。我们可以让第一个指针left指向中间元素。
移动之后，第一个指针仍然位于前面的递增数组中。
中间元素小于第一个元素，则中间元素位于后面的递增子数组，此时最小元素位于中间元素的前面。我们可以让第二个指针right指向中间元素。
移动之后，第二个指针仍然位于后面的递增数组中。
这样可以缩小寻找的范围。
（3）按照以上思路，第一个指针left总是指向前面递增数组的元素，第二个指针right总是指向后面递增的数组元素。
最终第一个指针将指向前面数组的最后一个元素，第二个指针指向后面数组中的第一个元素。
也就是说他们将指向两个相邻的元素，而第二个指针指向的刚好是最小的元素，这就是循环的结束条件。
到目前为止以上思路很耗的解决了没有重复数字的情况，这一道题目添加上了这一要求，有了重复数字。
因此这一道题目比上一道题目多了些特殊情况：
我们看一组例子：｛1，0，1，1，1｝ 和 ｛1，1， 1，0，1｝ 都可以看成是递增排序数组｛0，1，1，1，1｝的旋转。
这种情况下我们无法继续用上一道题目的解法，去解决这道题目。因为在这两个数组中，第一个数字，最后一个数字，中间数字都是1。
第一种情况下，中间数字位于后面的子数组，第二种情况，中间数字位于前面的子数组。
因此当两个指针指向的数字和中间数字相同的时候，我们无法确定中间数字1是属于前面的子数组（绿色表示）还是属于后面的子数组（紫色表示）。
也就无法移动指针来缩小查找的范围。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <stack>
#include <algorithm>
using namespace std;
 
class Solution {
public:
    int minNumberInRotateArray(vector<int> rotateArray) {
        int size = rotateArray.size();
        if(size == 0){
            return 0;
        }//if
        int left = 0,right = size - 1;
        int mid = 0;
        // rotateArray[left] >= rotateArray[right] 确保旋转
        while(rotateArray[left] >= rotateArray[right]){
            // 分界点
            if(right - left == 1){
                mid = right;
                break;
            }//if
            mid = left + (right - left) / 2;
            // rotateArray[left] rotateArray[right] rotateArray[mid]三者相等
            // 无法确定中间元素是属于前面还是后面的递增子数组
            // 只能顺序查找
            if(rotateArray[left] == rotateArray[right] && 
               rotateArray[left] == rotateArray[mid]){
                return MinOrder(rotateArray,left,right);
            }//if
            // 中间元素位于前面的递增子数组
            // 此时最小元素位于中间元素的后面
            if(rotateArray[mid] >= rotateArray[left]){
                left = mid;
            }//if
            // 中间元素位于后面的递增子数组
            // 此时最小元素位于中间元素的前面
            else{
                right = mid;
            }//else
        }//while
        return rotateArray[mid];
    }
private:
    // 顺序寻找最小值
    int MinOrder(vector<int> &num,int left,int right){
        int result = num[left];
        for(int i = left + 1;i < right;++i){
            if(num[i] < result){
                result = num[i];
            }//if
        }//for
        return result;
    }
};
 
int main(){
    Solution s;
    //vector<int> num = {0,1,2,3,4,5};
    //vector<int> num = {4,5,6,7,1,2,3};
    vector<int> num = {2,2,2,2,1,2};
    int result = s.minNumberInRotateArray(num);
    // 输出
    cout<<result<<endl;
    return 0;
}