11 旋转数组的最小数字

题目描述：

 把一个数组最开始的若干个元素搬到数组的末尾，我们称之为数组的旋转。 输入一个非减排序的数组的一个旋转，输出旋转数组的最小元素。 例如数组{3,4,5,1,2}为{1,2,3,4,5}的一个旋转，该数组的最小值为1。 NOTE：给出的所有元素都大于0，若数组大小为0，请返回0。

 注意这里的非减排序，说明不是严格递增的。存在{0，1，1，2，3，3，4}

 

测试用例：

 1）功能测试（输入的数组是升序排序数组的一个旋转，数组中有重复数字或者没有重复数字） 考虑到有重复数字的情况，易忘

 2）边界值的测试（输入升序排序数组如{1，2，3，4，5}，只包含一个数字的数组）

 3）特殊输入测试（输入nullptr指针）

 

解题思路：

 1）循环遍历寻找最小值，时间复杂度O(n)

//最直观的解法，但是面试时不建议这么写。这种思路没有利用输入的旋转数组的特性。
class Solution {
public:
    int minNumberInRotateArray(vector<int> rotateArray) {
        //循环遍历
        int arrSize = rotateArray.size();
        if(arrSize<=0)return 0;
        int minValue=rotateArray[0];
        for(int i=0;i<arrSize;i++){
            if(minValue>rotateArray[i])
                minValue = rotateArray[i]; 
        }
        return minValue;
    }
}; //34ms

根据旋转数组的特性（1，2，3，4，5）（3，4，5，1，2）（5，1，2，3，4），遍历时找到的第一个最小值，就是数组的最小值。因此添加break中断即可，无需在遍历后面的数字。

class Solution {
public:
    int minNumberInRotateArray(vector<int> rotateArray) {
        //循环遍历
        int arrSize = rotateArray.size();
        if(arrSize<=0)return 0;
        int minValue=rotateArray[0];
        for(int i=0;i<arrSize;i++){
            if(minValue>rotateArray[i]){
                minValue = rotateArray[i];
                break; //提前退出即可，无需在遍历后面的数字
            }
        }
        return minValue;
    }
};

2) 二分查找 O(logn) 并考虑旋转数组特性

本题中给出的数组是部分排序的，尝试使用二分查找。考虑数组 {3，4，5，1，2}　

分析：两个指针初始分别指向首尾，

[1] 当首元素<=尾元素时，数组是排序的，直接返回第一个元素即可。{1，2，3，4，5}　

[2] 当首元素>=尾元素时，获取中间元素：

      -- 若中间元素>=前指针，则中间元素属于前面的递增子数组。将前指针移动到中间位置。

      -- 若中间元素<=后指针，则中间元素属于后面的递增子数组。将后指针移动到中间位置。

      查询的范围缩小一半。

[3] 终止条件：由于第一个指针总是指向前面的递增数组，第二个指针总是指向后面的递增数组。因此它们最终会指向两个相邻的元素，而第二个指针刚好指向最小的元素。 因此终止条件为：两个指针相邻。 （last-first）==1 

[4] 上述代码在数组中出现重复数字时，可能会报错  考虑数组{0，1，1，1，1}

其两个旋转数组：{1，0，1，1，1}    {1，1，1，0，1}   

取中间元素为1，由于首元素=中间元素=尾元素=1，无法判断中间元素时属于哪一个数组。这种情况下需要采用顺序查找（即方法1）。

//实现1
class Solution {
public:
    int minNumberInRotateArray(vector<int> rotateArray) {
        int arrSize = rotateArray.size();
        if(rotateArray.empty()) return 0;
        //已排序的递增数组{1，2，3，4，5} 不能有等号：如{1，0，1，1，1}，会直接返回0
        if(rotateArray[0]<rotateArray[arrSize-1]) return rotateArray[0];
        //旋转数组--二分查找
        int front = 0, back = arrSize - 1;
        int mindle = (front + back)/2;
        
        while((back-front)!=1){//终止条件：没有达到相邻的时候
            //if(arrSize == 1) return rotateArray[0]; //只有一个元素时，不判断，会使用顺序搜索
            //只有一个元素时，back=front=0,back-front!=1, 中间元素=front元素=back元素，进入顺序求解
            if (rotateArray[front]==rotateArray[mindle] && rotateArray[front]==rotateArray[back])//放在内部
                //无法判断中间元素归属哪一个数组，使用顺序查找
                return searchMin(rotateArray,arrSize);
            //属于前面的数组
            if(rotateArray[front]<=rotateArray[mindle])
                front = mindle;
            //属于后面的数组
            else if (rotateArray[back]>=rotateArray[mindle])
                back = mindle;
            mindle = (front + back)/2;
        }
        return rotateArray[back];
    }
    
    int searchMin(vector<int> rotateArray,int arrSize){ //用判断为空否：不用，调用前，已经判断了
        int resMin = rotateArray[0];
        for(int i = 1;i<arrSize;i++)
            if(rotateArray[i]<resMin){
                resMin = rotateArray[i];
                break;
            }
        return resMin;
    }
};

//实现2
class Solution {
public:
    int minNumberInRotateArray(vector<int> rotateArray) {
        int size = rotateArray.size();
        if(size == 0){
            return 0;
        }
        int left = 0,right = size - 1;
        int mid = left;
        // rotateArray[left] >= rotateArray[right] 确保旋转
        //如果不满足条件，则说明该数组是排好序的，{1，2，3，4，5}.则返回第一个元素即可。因此mid初始为left
        while(rotateArray[left] >= rotateArray[right]){
            // 终止条件：两指针相邻
            if(right - left == 1){
                mid = right; //后一个指针即为最小值
                break;
            }
            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);
            }
            // 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;
            }
            // 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;
            }
        }
        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];
                break;
            }
        }
        return result;
    }
};

2) 二分查找 O(logn)  没有考虑旋转数组特性　　

对任意数组都可以查找最小值 但是做题时，建议考虑题目中数组的特性进行编程

class Solution {
public:
    int minNumberInRotateArray(vector<int> rotateArray) {
        size_t len = rotateArray.size();
        if(len == 0)
            return 0;
        if(len == 1)
            return rotateArray[0];
        vector<int>::iterator low = rotateArray.begin();
        vector<int>::iterator mid;
        vector<int>::iterator high = rotateArray.end()-1;
        while(low <= high)
        {
            //防止迭代器失效
            mid = low + (high - low)/2;
            if(*mid >*high) //中间元素比最后一个元素大，输入前一个数组
            {   //mid所对元素>最后的元素，则最小元素一定不是mid，因此移动low指针到mid+1，缩小查找范围
                low = mid + 1; 
            }
            else if(*mid < *high)
            {   //不能确定mid是不是最小元素，因此不能减一：high = mid -1 (error)
                high = mid;
            }
            else
            {   // *mid = *high，high所对的值，在数组中已经存在，可不考虑该值，向前移一位
                high = high-1;
            }
            if(low == high) //终止条件：low与high指针指向同一个元素（地址）
            {
                break;
            }
        }
        //程序结束时，low与high指向相同的地址，返回哪一个都可以
        return *low;
        //return *high;
    }
};