1228. 等差数列中缺失的数字

English Version

题目描述

在某个数组 arr 中，值符合等差数列的数值规律：在 0 <= i < arr.length - 1 的前提下，arr[i+1] - arr[i] 的值都相等。

我们会从该数组中删除一个 既不是第一个 也 不是最后一个的值，得到一个新的数组  arr。

给你这个缺值的数组 arr，返回 被删除的那个数 。

 

示例 1：

输入：arr = [5,7,11,13]
输出：9
解释：原来的数组是 [5,7,9,11,13]。

示例 2：

输入：arr = [15,13,12]
输出：14
解释：原来的数组是 [15,14,13,12]。

 

提示：

• 3 <= arr.length <= 1000
• 0 <= arr[i] <= 105
• 给定的数组 保证 是一个有效的数组。

解法

方法一：等差数列求和公式

等差数列求和公式为 $\frac{n(a_1 + a_n)}{2}$，其中 $n$ 为等差数列的项数，$a_1$ 为等差数列的首项，$a_n$ 为等差数列的末项。

因为题目中给出的数组是一个等差数列，且缺失了一个数，所以数组的项数为 $n + 1$，首项为 $a_1$，末项为 $a_n$，则数组的和为 $\frac{n + 1}{2}(a_1 + a_n)$。

因此，缺失的数为 $\frac{n + 1}{2}(a_1 + a_n) - \sum_{i = 0}^n a_i$。

时间复杂度 $O(n)$，空间复杂度 $O(1)$。其中 $n$ 为数组的长度。

Python3

class Solution:
    def missingNumber(self, arr: List[int]) -> int:
        return (arr[0] + arr[-1]) * (len(arr) + 1) // 2 - sum(arr)

class Solution:
    def missingNumber(self, arr: List[int]) -> int:
        n = len(arr)
        d = (arr[-1] - arr[0]) // n
        for i in range(1, n):
            if arr[i] != arr[i - 1] + d:
                return arr[i - 1] + d
        return arr[0]

Java

class Solution {
    public int missingNumber(int[] arr) {
        int n = arr.length;
        int x = (arr[0] + arr[n - 1]) * (n + 1) / 2;
        int y = Arrays.stream(arr).sum();
        return x - y;
    }
}

class Solution {
    public int missingNumber(int[] arr) {
        int n = arr.length;
        int d = (arr[n - 1] - arr[0]) / n;
        for (int i = 1; i < n; ++i) {
            if (arr[i] != arr[i - 1] + d) {
                return arr[i - 1] + d;
            }
        }
        return arr[0];
    }
}

C++

class Solution {
public:
    int missingNumber(vector<int>& arr) {
        int n = arr.size();
        int x = (arr[0] + arr[n - 1]) * (n + 1) / 2;
        int y = accumulate(arr.begin(), arr.end(), 0);
        return x - y;
    }
};

class Solution {
public:
    int missingNumber(vector<int>& arr) {
        int n = arr.size();
        int d = (arr[n - 1] - arr[0]) / n;
        for (int i = 1; i < n; ++i)
            if (arr[i] != arr[i - 1] + d) return arr[i - 1] + d;
        return arr[0];
    }
};

Go

func missingNumber(arr []int) int {
	n := len(arr)
	d := (arr[n-1] - arr[0]) / n
	for i := 1; i < n; i++ {
		if arr[i] != arr[i-1]+d {
			return arr[i-1] + d
		}
	}
	return arr[0]
}

...