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如何用纯数组在 O(n) 时间内找出最大值的所有重复项

聖光之護

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发布时间:2026-02-16 12:36:12

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来源于php中文网

原创

如何用纯数组在 O(n) 时间内找出最大值的所有重复项

本文介绍如何仅使用基础数组结构,在单次遍历(o(n))时间复杂度内高效定位数组中最大值的全部重复出现位置,纠正关于“双循环必为 o(n²)”的常见误解。

本文介绍如何仅使用基础数组结构,在单次遍历(o(n))时间复杂度内高效定位数组中最大值的全部重复出现位置,纠正关于“双循环必为 o(n²)”的常见误解。

在算法设计中,时间复杂度分析常因对循环结构的理解偏差而误判。一个典型误区是:看到“两次独立遍历数组”,便错误推导为 O(n) × O(n) = O(n²)。实际上,顺序执行的两个线性扫描仍是线性时间——即 O(n) + O(n) = O(2n) = O(n)。这一原理完全适用于本题:仅用原生数组、不借助哈希表或额外高级数据结构,即可在 O(n) 时间内准确找出所有最大值的重复项。

核心思路:两遍扫描,一次定最大,一次数重复

  1. 第一遍扫描(找全局最大值):遍历整个数组,记录 maxVal;
  2. 第二遍扫描(统计最大值出现次数及位置):再次遍历,对每个等于 maxVal 的元素进行计数或记录索引。

该方案无需嵌套循环,空间复杂度仅为 O(1)(若仅需计数)或 O(k)(k 为重复次数,用于存索引),严格满足“仅用数组”的约束。

以下是简洁、可运行的示例代码(Java):

public static int[] findMaxDuplicates(int[] arr) {
    if (arr == null || arr.length == 0) return new int[0];

    // Step 1: Find maximum value — O(n)
    int maxVal = arr[0];
    for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
        if (arr[i] > maxVal) maxVal = arr[i];
    }

    // Step 2: Collect all indices where maxVal occurs — O(n)
    java.util.List<Integer> indices = new java.util.ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
        if (arr[i] == maxVal) indices.add(i);
    }

    // Convert to array (optional)
    return indices.stream().mapToInt(Integer::intValue).toArray();
}

✅ 调用示例:findMaxDuplicates(new int[]{3, 7, 2, 7, 1, 7}) → 返回 [1, 3, 5](0-based 索引)

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关键澄清与注意事项

  • ❌ 错误认知:“两个 for 循环 = 嵌套 = O(n²)”
    ✅ 正确认知:“两个并列 for 循环 = 串行执行 = O(n) + O(n) = O(n)”

  • 可进一步优化为单遍扫描(一次完成最大值发现与重复统计),但逻辑稍复杂,且不改变渐进时间复杂度:仍为 O(n),常数因子略小,但可读性下降。对于教学与工程实践,清晰分离职责的两遍方案更推荐。

  • 若题目仅要求“判断是否存在重复最大值”(布尔结果),可在第一遍扫描中维护 countMax 和 maxVal,边更新边计数,实现真正单遍 O(n) ——但本题目标是“找出所有重复项”,故需显式收集位置,两遍更自然、鲁棒。

总结

仅依赖基础数组时,求最大值的所有重复项是一个典型的 O(n) 问题,其最优解无需任何辅助数据结构。正确理解“顺序执行 ≠ 嵌套执行”是避免时间复杂度误判的关键。坚持分步思维(先求极值,再查匹配),既保证正确性,又兼顾代码可维护性与性能最优性。

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