517. 超级洗衣机 

题目描述

假设有 n 台超级洗衣机放在同一排上。开始的时候，每台洗衣机内可能有一定量的衣服，也可能是空的。

在每一步操作中，你可以选择任意 m (1 <= m <= n) 台洗衣机，与此同时将每台洗衣机的一件衣服送到相邻的一台洗衣机。

给定一个整数数组 machines 代表从左至右每台洗衣机中的衣物数量，请给出能让所有洗衣机中剩下的衣物的数量相等的 最少的操作步数 。如果不能使每台洗衣机中衣物的数量相等，则返回 -1 。

示例 1：

输入：machines = [1,0,5]
输出：3
解释：
第一步:    1     0 <-- 5    =>    1     1     4
第二步:    1 <-- 1 <-- 4    =>    2     1     3    
第三步:    2     1 <-- 3    =>    2     2     2

示例 2：

输入：machines = [0,3,0]
输出：2
解释：
第一步:    0 <-- 3     0    =>    1     2     0    
第二步:    1     2 --> 0    =>    1     1     1

示例 3：

输入：machines = [0,2,0]
输出：-1
解释：
不可能让所有三个洗衣机同时剩下相同数量的衣物。

提示：

n == machines.length
1 <= n <= 10⁴
0 <= machines[i] <= 10⁵

解法

方法一：贪心

如果洗衣机内的衣服总数不能被洗衣机的数量整除，那么不可能使得每台洗衣机内的衣服数量相等，直接返回 $-1$。

否则，假设洗衣机内的衣服总数为 $s$，那么最终每台洗衣机内的衣服数量都会变为 $k = s / n$。

我们定义 $a_i$ 为第 $i$ 台洗衣机内的衣服数量与 $k$ 的差值，即 $a_i = \textit{machines}[i] - k$。若 $a_i > 0$，则表示第 $i$ 台洗衣机内有多余的衣服，需要向相邻的洗衣机传递；若 $a_i < 0$，则表示第 $i$ 台洗衣机内缺少衣服，需要从相邻的洗衣机获得。

我们将前 $i$ 台洗衣机的衣服数量差值之和定义为 $s_i = \sum_{j=0}^{i-1} a_j$，如果把前 $i$ 台洗衣机视为一组，其余的洗衣机视为另一组。那么若 $s_i$ 为正数，表示第一组洗衣机内有多余的衣服，需要向第二组洗衣机传递；若 $s_i$ 为负数，表示第一组洗衣机内缺少衣服，需要从第二组洗衣机获得。

那么有以下两种情况：

两组之间的衣服，最多需要移动的次数为 $\max_{i=0}^{n-1} \lvert s_i \rvert$；
组内某一台洗衣机的衣服数量过多，需要向左右两侧移出衣服，最多需要移动的次数为 $\max_{i=0}^{n-1} a_i$。

我们取两者的最大值即可。

时间复杂度 $O(n)$，其中 $n$ 为洗衣机的数量。空间复杂度 $O(1)$。

Python3

class Solution:
    def findMinMoves(self, machines: List[int]) -> int:
        n = len(machines)
        k, mod = divmod(sum(machines), n)
        if mod:
            return -1
        ans = s = 0
        for x in machines:
            x -= k
            s += x
            ans = max(ans, abs(s), x)
        return ans

Java

class Solution {
    public int findMinMoves(int[] machines) {
        int n = machines.length;
        int s = 0;
        for (int x : machines) {
            s += x;
        }
        if (s % n != 0) {
            return -1;
        }
        int k = s / n;
        s = 0;
        int ans = 0;
        for (int x : machines) {
            x -= k;
            s += x;
            ans = Math.max(ans, Math.max(Math.abs(s), x));
        }
        return ans;
    }
}

C++

class Solution {
public:
    int findMinMoves(vector<int>& machines) {
        int n = machines.size();
        int s = accumulate(machines.begin(), machines.end(), 0);
        if (s % n) {
            return -1;
        }
        int k = s / n;
        s = 0;
        int ans = 0;
        for (int x : machines) {
            x -= k;
            s += x;
            ans = max({ans, abs(s), x});
        }
        return ans;
    }
};

Go

func findMinMoves(machines []int) (ans int) {
	n := len(machines)
	s := 0
	for _, x := range machines {
		s += x
	}
	if s%n != 0 {
		return -1
	}
	k := s / n
	s = 0
	for _, x := range machines {
		x -= k
		s += x
		ans = max(ans, max(abs(s), x))
	}
	return
}

func abs(x int) int {
	if x < 0 {
		return -x
	}
	return x
}

TypeScript

function findMinMoves(machines: number[]): number {
    const n = machines.length;
    let s = machines.reduce((a, b) => a + b);
    if (s % n !== 0) {
        return -1;
    }
    const k = Math.floor(s / n);
    s = 0;
    let ans = 0;
    for (let x of machines) {
        x -= k;
        s += x;
        ans = Math.max(ans, Math.abs(s), x);
    }
    return ans;
}