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等差数列中缺失的数字

等差数列中缺失的数字

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题目描述

代码结果

运行时间: 22 ms, 内存: 16.1 MB


/*
 * Problem: Missing Number In Arithmetic Progression (Leetcode 1228)
 * Given an array that represents elements of an arithmetic progression in order,
 * one element is missing in the progression. Find the missing element.
 * 
 * Approach using Java Streams:
 * 1. Calculate the expected difference (common difference) of the progression.
 * 2. Use IntStream to iterate through the array indices and find where the difference
 *    between consecutive elements is not equal to the expected difference.
 * 3. If a mismatch is found, return the missing number by adding the expected difference
 *    to the previous element.
 */

import java.util.stream.IntStream;

public class MissingNumberInAPStream {
    public int missingNumber(int[] arr) {
        int n = arr.length;
        int totalDifference = arr[n-1] - arr[0];
        int commonDifference = totalDifference / n;
        
        return IntStream.range(0, n - 1)
                        .filter(i -> arr[i + 1] - arr[i] != commonDifference)
                        .mapToObj(i -> arr[i] + commonDifference)
                        .findFirst()
                        .orElse(-1);
    }
}

解释

方法:

这个题解利用了等差数列的性质。首先,计算原始等差数列(假设没有数字缺失的情况下)的长度,这是给定数组长度加一。接着,使用等差数列的首项和末项计算原始数组的理论总和。然后,计算实际给定数组的总和。原始的数组总和减去当前的数组总和,得到的差值就是被删除的那个数字。

时间复杂度:

O(n)

空间复杂度:

O(1)

代码细节讲解

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在题解中,如何确保使用首项和末项计算的等差数列总和是正确的?是否考虑了缺失数字可能在首位或末位的情况?
题解中使用的方法确保了即使缺失数字位于等差数列的首位或末位,使用首项和末项计算的等差数列总和依然正确。这是因为无论缺失的数字在哪里,等差数列的首项和末项(完整数列的首项和末项)是不变的。通过计算这个范围内的理论总和,然后与实际总和比较,可以准确地找出缺失的数字。
🦆
题解假设数组是按等差数列顺序排列的,如果输入数组的顺序被打乱,这种方法还适用吗?
题解的方法依赖于数组是按照等差数列顺序排列的。如果数组的顺序被打乱,直接使用题解中的方法则不适用,因为它依赖于使用数组的首尾元素来确定完整数列的首项和末项。如果顺序被打乱,需要先对数组进行排序,然后再应用相同的逻辑来找出缺失的数字。
🦆
计算原始等差数列的总和时直接使用了数组的首尾元素,这种方法是否依赖于数组至少有两个元素?如果数组只有一个元素或为空,该如何处理?
确实,这种方法依赖于数组至少有两个元素来确定等差数列的首项和末项。如果数组只有一个元素,无法直接计算出等差数列的末项,因此也就无法使用等差数列的总和公式。在这种情况下,如果已知等差数列的公差,可以利用单个元素推算出另一个元素,从而找出缺失的数字。如果数组为空,则无法应用此方法,因为没有任何信息来推断缺失的数字或等差数列的性质。
🦆
题解中提到的原始数组总和减去当前数组总和得到缺失的数字,这种方法是否有可能在某些特殊情况下出现计算错误?
在大部分情况下,这种方法是准确的,因为它基于等差数列的数学性质。然而,如果输入数据中存在错误,例如数组中的元素不符合等差数列的规则(不是真正的等差数列),或者有多于一个数字缺失,这种方法将无法正确工作。此外,如果数组的数据类型或计算过程中导致整数溢出,也可能出现错误。

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