1674. 使数组互补的最少操作次数

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题目描述

给你一个长度为 偶数 n 的整数数组 nums 和一个整数 limit 。每一次操作，你可以将 nums 中的任何整数替换为 1 到 limit 之间的另一个整数。

如果对于所有下标 i（下标从 0 开始），nums[i] + nums[n - 1 - i] 都等于同一个数，则数组 nums 是 互补的 。例如，数组 [1,2,3,4] 是互补的，因为对于所有下标 i ，nums[i] + nums[n - 1 - i] = 5 。

返回使数组 互补 的 最少 操作次数。

 

示例 1：

输入：nums = [1,2,4,3], limit = 4
输出：1
解释：经过 1 次操作，你可以将数组 nums 变成 [1,2,2,3]（加粗元素是变更的数字）：
nums[0] + nums[3] = 1 + 3 = 4.
nums[1] + nums[2] = 2 + 2 = 4.
nums[2] + nums[1] = 2 + 2 = 4.
nums[3] + nums[0] = 3 + 1 = 4.
对于每个 i ，nums[i] + nums[n-1-i] = 4 ，所以 nums 是互补的。

示例 2：

输入：nums = [1,2,2,1], limit = 2
输出：2
解释：经过 2 次操作，你可以将数组 nums 变成 [2,2,2,2] 。你不能将任何数字变更为 3 ，因为 3 > limit 。

示例 3：

输入：nums = [1,2,1,2], limit = 2
输出：0
解释：nums 已经是互补的。

 

提示：

• n == nums.length
• 2 <= n <= 105
• 1 <= nums[i] <= limit <= 105
• n 是偶数。

解法

方法一：差分数组

我们不妨设 $a$ 为 $nums[i]$ 和 $nums[n-i-1]$ 的较小值，设 $b$ 为 $nums[i]$ 和 $nums[n-i-1]$ 的较大值。

假设经过替换后，两数之和为 $x$。由题意，我们知道 $x$ 最小值为 $2$，即两个数替换为 $1$；最大值为 $2 \times limit$，即两个数都替换为 $limit$。因此 $x$ 的取值范围是 $[2,... 2 \times limit]$。

如何求出对于不同的 $x$，需要替换的最少次数呢？

我们分析发现：

• 如果 $x = a + b$，那么我们需要替换的次数为 $0$，即当前的数对已经满足互补的要求；
• 否则如果 $1 + a \le x \le limit + b $，那么我们需要替换的次数为 $1$，即把其中一个数替换即可；
• 否则如果 $2 \le x \le 2 \times limit$，那么我们需要替换的次数为 $2$，即把两个数都替换。

因此，我们可以遍历每一对数，执行如下操作：

1. 先将 $[2,... 2 \times limit]$ 范围需要的操作次数加 $2$。
2. 再将 $[1 + a,... limit + b]$ 范围需要的操作次数减 $1$。
3. 最后将 $[a + b,... a + b]$ 范围需要的操作次数减 $1$。

可以发现，这实际上是在对一个连续区间内的元素进行加减操作，因此我们可以使用差分数组来实现。

时间复杂度 $O(n)$，空间复杂度 $O(n)$。其中 $n$ 为数组 nums 的长度。

Python3

class Solution:
    def minMoves(self, nums: List[int], limit: int) -> int:
        d = [0] * (limit * 2 + 2)
        n = len(nums)

        for i in range(n >> 1):
            a, b = min(nums[i], nums[n - i - 1]), max(nums[i], nums[n - i - 1])

            d[2] += 2
            d[limit * 2 + 1] -= 2

            d[a + 1] -= 1
            d[b + limit + 1] += 1

            d[a + b] -= 1
            d[a + b + 1] += 1

        ans, s = n, 0
        for v in d[2 : limit * 2 + 1]:
            s += v
            if ans > s:
                ans = s
        return ans

Java

class Solution {
    public int minMoves(int[] nums, int limit) {
        int n = nums.length;
        int[] d = new int[limit * 2 + 2];
        for (int i = 0; i < n >> 1; ++i) {
            int a = Math.min(nums[i], nums[n - i - 1]);
            int b = Math.max(nums[i], nums[n - i - 1]);

            d[2] += 2;
            d[limit * 2 + 1] -= 2;

            d[a + 1] -= 1;
            d[b + limit + 1] += 1;

            d[a + b] -= 1;
            d[a + b + 1] += 1;
        }
        int ans = n, s = 0;
        for (int i = 2; i <= limit * 2; ++i) {
            s += d[i];
            if (ans > s) {
                ans = s;
            }
        }
        return ans;
    }
}

C++

class Solution {
public:
    int minMoves(vector<int>& nums, int limit) {
        int n = nums.size();
        vector<int> d(limit * 2 + 2);
        for (int i = 0; i < n >> 1; ++i) {
            int a = min(nums[i], nums[n - i - 1]);
            int b = max(nums[i], nums[n - i - 1]);

            d[2] += 2;
            d[limit * 2 + 1] -= 2;

            d[a + 1] -= 1;
            d[b + limit + 1] += 1;

            d[a + b] -= 1;
            d[a + b + 1] += 1;
        }
        int ans = n, s = 0;
        for (int i = 2; i <= limit * 2; ++i) {
            s += d[i];
            if (ans > s) {
                ans = s;
            }
        }
        return ans;
    }
};

Go

func minMoves(nums []int, limit int) int {
	d := make([]int, limit*2+2)
	n := len(nums)
	for i := 0; i < n>>1; i++ {
		a, b := min(nums[i], nums[n-i-1]), max(nums[i], nums[n-i-1])
		d[2] += 2
		d[limit*2+1] -= 2

		d[a+1] -= 1
		d[b+limit+1] += 1

		d[a+b] -= 1
		d[a+b+1] += 1
	}
	ans, s := n, 0
	for _, v := range d[2 : limit*2+1] {
		s += v
		if ans > s {
			ans = s
		}
	}
	return ans
}

func max(a, b int) int {
	if a > b {
		return a
	}
	return b
}

func min(a, b int) int {
	if a < b {
		return a
	}
	return b
}

...