LeetCode 2073. 买票需要的时间【一次遍历+数学】1325

本文属于「征服LeetCode」系列文章之一,这一系列正式开始于2021/08/12。由于LeetCode上部分题目有锁,本系列将至少持续到刷完所有无锁题之日为止;由于LeetCode还在不断地创建新题,本系列的终止日期可能是永远。在这一系列刷题文章中,我不仅会讲解多种解题思路及其优化,还会用多种编程语言实现题解,涉及到通用解法时更将归纳总结出相应的算法模板。

为了方便在PC上运行调试、分享代码文件,我还建立了相关的仓库:https://github.com/memcpy0/LeetCode-Conquest。在这一仓库中,你不仅可以看到LeetCode原题链接、题解代码、题解文章链接、同类题目归纳、通用解法总结等,还可以看到原题出现频率和相关企业等重要信息。如果有其他优选题解,还可以一同分享给他人。

由于本系列文章的内容随时可能发生更新变动,欢迎关注和收藏征服LeetCode系列文章目录一文以作备忘。

有 n 个人前来排队买票,其中第 0 人站在队伍 最前方 ,第 (n - 1) 人站在队伍 最后方 。

给你一个下标从 0 开始的整数数组 tickets ,数组长度为 n ,其中第 i 人想要购买的票数为 tickets[i] 。

每个人买票都需要用掉 恰好 1 秒 。一个人 一次只能买一张票 ,如果需要购买更多票,他必须走到  队尾 重新排队(瞬间 发生,不计时间)。如果一个人没有剩下需要买的票,那他将会 离开 队伍。

返回位于位置 k(下标从 0 开始)的人完成买票需要的时间(以秒为单位)。

示例 1:

输入:tickets = [2,3,2], k = 2
输出:6
解释:
- 队伍一开始为 [2,3,2],第 k 个人以下划线标识。
- 在最前面的人买完票后,队伍在第 1 秒变成 [3,2,1]- 继续这个过程,队伍在第 2 秒变为[2,1,2]- 继续这个过程,队伍在第 3 秒变为[1,2,1]- 继续这个过程,队伍在第 4 秒变为[2,1]- 继续这个过程,队伍在第 5 秒变为[1,1]- 继续这个过程,队伍在第 6 秒变为[1]。第 k 个人完成买票,所以返回 6

示例 2:

输入:tickets = [5,1,1,1], k = 0
输出:8
解释:
- 队伍一开始为 [5,1,1,1],第 k 个人以下划线标识。
- 在最前面的人买完票后,队伍在第 1 秒变成 [1,1,1,4]- 继续这个过程 3 秒,队伍在第 4 秒变为[4]- 继续这个过程 4 秒,队伍在第 8 秒变为[]。第 k 个人完成买票,所以返回 8

提示:

  • n == tickets.length
  • 1 <= n <= 100
  • 1 <= tickets[i] <= 100
  • 0 <= k < n

方法 O(n)一次遍历,简洁写法

想一想,当第 k k k 个人完成买票的那一刻,在他前后的人,分别买了多少票?

假设第 k k k 个人此时买了 3 3 3 张票,那么排在他前面的人,此时也至多买了 3 3 3 张票;排在他后面的人,此时至多买了 2 2 2 张票。

t i c k e t s tickets tickets 简记为 t t t 。一般地,当第 k k k 个人买了 t k t_k tk 张票时:

  • 排在他前面的人,买的票不会超过 t k t_k tk ,即 min ⁡ ( t i , t k ) \min(t_i,t_k) min(ti,tk)
  • 排在他后面的人,买的票不会超过 t k − 1 t_k−1 tk1 ,即 min ⁡ ( t i , t k − 1 ) \min(t_i,t_k−1) min(ti,tk1)

累加所有购票数即为答案。

class Solution:
    def timeRequiredToBuy(self, tickets: List[int], k: int) -> int:
        tk = tickets[k]
        return sum(min(t, tk - (i > k)) for i, t in enumerate(tickets))
class Solution {
public:
    int timeRequiredToBuy(vector<int>& tickets, int k) {
        int ans = 0, tk = tickets[k];
        for (int i = 0; i < tickets.size(); i++) {
            ans += min(tickets[i], tk - (i > k));
        }
        return ans;
    }
};
class Solution {
    public int timeRequiredToBuy(int[] tickets, int k) {
        int ans = 0;
        int tk = tickets[k];
        for (int i = 0; i < tickets.length; i++) {
            ans += Math.min(tickets[i], (i <= k ? tk : tk - 1));
        }
        return ans;
    }
}
#define MIN(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))

int timeRequiredToBuy(int* tickets, int ticketsSize, int k) {
    int ans = 0;
    int tk = tickets[k];
    for (int i = 0; i < ticketsSize; i++) {
        ans += MIN(tickets[i], tk - (i > k));
    }
    return ans;
}
func timeRequiredToBuy(tickets []int, k int) (ans int) {
    tk := tickets[k]
    for i, t := range tickets {
        if i <= k {
            ans += min(t, tk)
        } else {
            ans += min(t, tk-1)
        }
    }
    return
}
var timeRequiredToBuy = function(tickets, k) {
    const tk = tickets[k];
    let ans = 0;
    for (let i = 0; i < tickets.length; i++) {
        ans += Math.min(tickets[i], (i <= k ? tk : tk - 1));
    }
    return ans;
};
impl Solution {
    pub fn time_required_to_buy(tickets: Vec<i32>, k: i32) -> i32 {
        let k = k as usize;
        let tk = tickets[k];
        tickets.iter()
            .enumerate()
            .map(|(i, &t)| t.min(if i <= k { tk } else { tk - 1 }))
            .sum()
    }
}

复杂度分析

  • 时间复杂度: O ( n ) O(n) O(n) ,其中 n n n t i c k e t s tickets tickets 的长度。
  • 空间复杂度: O ( 1 ) O(1) O(1)

思考题

  1. 输入一个正整数 q q q ,返回第 q q q 秒谁在买票。你需要返回这个人的编号,一个 0 0 0 n − 1 n−1 n1 中的数。保证此时队列中还有人。
  2. 输入一个询问数组 q u e r i e s queries queries ,对于第 i i i 个询问,计算第 q u e r i e s [ i ] queries[i] queries[i] 秒谁在买票。保证此时队列中还有人。

你需要做到时间复杂度 t i c k e t s [ i ] tickets[i] tickets[i] 的值域无关 t i c k e t s tickets tickets q u e r i e s queries queries 的长度不超过 1 0 5 10^5 105

<think>嗯,用户是新手,想了解数据结构中的队列。首先,我需要从基础开始讲起,确保他能跟上。队列,这应该先打个比方,比如排队,这样他容易理解。先定义队列是什么,基本特性是先进先出,这点很重要。可能需要解释一下FIFO是什么意思,用中文说就是先进先出。 接下来,应该讲队列的操作,入队和出队,这两个基本操作。要说明入队是在队尾添加元素,出队是在队头移除元素。可能还要提到其他操作,比如查看队头元素或者检查队列是否为空,但作为新手,可能先介绍主要的两个操作。 然后,可以举一个生活中的例子,比如排队买票,这样他能更直观地理解。接下来,可能需要讲队列的实现方式,比如数组和链表。数组实现的话,可能会遇到假溢出的问题,这时候引出循环队列的概念,说明如何解决这个问题。链表实现的话,可能更灵活,不需要担心容量问题,但需要处理节点的链接。 还要提到队列的应用场景,比如任务调度、广度优先搜索、缓冲区管理,这些例子能帮助他理解为什么队列重要。可能还需要比较一下队列和栈的区别,毕竟栈是后进先出,容易混淆。 需要注意避免使用复杂的术语,尽量用简单的中文解释。同时,检查是否需要代码示例,不过用户可能刚开始学,代码可能用伪代码或者简单提一下结构,比如用数组的front和rear指针。另外,要确保LaTeX格式正确,所有数学表达式都用$...$,比如front和rear的移动,或者循环队列的取模操作。 可能还要考虑用户是不是需要了解时间复杂度,比如入队和出队操作的时间复杂度是O(1),但如果是动态数组可能需要摊还分析,但作为新手,可能先提O(1)就可以了。 最后,总结一下队列的特点和应用,帮助他巩固记忆。确保结构清晰,分步骤讲解,从定义、操作、实现到应用,逐步深入。同时,保持口语化,避免太正式的语言,让新手更容易接受。</think>好的,我分步骤为您讲解队列这个数据结构。理解队列的关键是抓住它的“先进先出”特性,这和生活中排队场景完全一致。 ### 一、队列的定义 队列(Queue)是一种**先进先出**(FIFO: First In First Out)的线性数据结构。就像食堂排队打饭: - **队尾**(Rear):新加入的人站在这里 - **队头**(Front):队伍最前面的人先获得服务 ### 二、核心操作 1. **入队**(Enqueue):在队尾插入元素 $$ \text{队列} \xrightarrow{\text{Enqueue(5)}} [1,3,2] \Rightarrow [1,3,2,5] $$ 2. **出队**(Dequeue):移除队头元素 $$ [1,3,2,5] \xrightarrow{\text{Dequeue()}} [3,2,5] \quad \text{返回1} $$ 3. 辅助操作: - `peek()`:查看队头元素(不删除) - `isEmpty()`:判断队列是否为空 ### 三、实现方式 #### 1. 数组实现(顺序队列) ```python class ArrayQueue: def __init__(self, capacity): self.items = [None] * capacity self.front = 0 # 队头指针 self.rear = 0 # 队尾指针 self.size = 0 # 当前元素数量 ``` **循环队列**解决假溢出问题: 当$rear$到达数组末尾时,通过取模运算回到起点 $$ rear = (rear + 1) \% capacity $$ #### 2. 链表实现(链式队列) ```python class Node: def __init__(self, data): self.data = data self.next = None class LinkedQueue: def __init__(self): self.head = None # 队头节点 self.tail = None # 队尾节点 ``` ### 四、时间复杂度对比 | 操作 | 数组实现 | 链表实现 | |----------|----------|----------| | 入队 | $O(1)$ | $O(1)$ | | 出队 | $O(1)$ | $O(1)$ | | 查看队头 | $O(1)$ | $O(1)$ | ### 五、实际应用场景 1. **任务调度**:打印机任务队列 2. **广度优先搜索**(BFS):逐层遍历树/图结构 3. **消息队列**:系统间的异步通信 4. **缓冲区管理**:网络数据传输 ### 六、与栈的对比 | | 队列 | 栈 | |----------|---------------------|--------------------| | 操作特性 | FIFO(先进先出) | LIFO(后进先出) | | 删除位置 | 队头 | 栈顶 | | 典型应用 | 排队场景、BFS | 函数调用、撤销操作 | ### 练习建议 1. 尝试用数组实现循环队列 2. 用队列实现栈的功能(需要两个队列配合) 3. 解决LeetCode第933题「最近的请求次数」 理解队列的关键是多画图模拟入队/出队过程。当遇到“需要按到达顺序处理”的需求时,队列就是最合适的选择。
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