【動畫+圖解】把經(jīng)典求和問題吃得透透的!
本文公眾號來源:袁廚的算法小屋
作者:程序員愛做飯
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兩數(shù)之和
題目描述:
給定一個(gè)整數(shù)數(shù)組 nums 和一個(gè)目標(biāo)值 target,請你在該數(shù)組中找出和為目標(biāo)值的那 兩個(gè) 整數(shù),并返回他們的數(shù)組下標(biāo)。 你可以假設(shè)每種輸入只會對應(yīng)一個(gè)答案。但是,數(shù)組中同一個(gè)元素不能使用兩遍。
示例:
給定 nums = [2, 7, 11, 15], target = 9 因?yàn)?nums[0] + nums[1] = 2 + 7 = 9 所以返回 [0, 1]
題目很容易理解,即讓查看數(shù)組中有沒有兩個(gè)數(shù)的和為目標(biāo)數(shù),如果有的話則返回兩數(shù)下標(biāo),在這為大家提供兩種解法雙指針(暴力)法,和哈希表法,大家可以看一下。
哈希表法
解析

是不是很容易理解,下面我們來看一下題目代碼。
題目代碼:

雙指針(暴力)法
解析
雙指針(L,R)法的思路很簡單,L指針用來指向第一個(gè)值,R指針用來從L指針的后面查找數(shù)組中是否含有和L指針指向值的和為目標(biāo)值的數(shù)。見下圖
例:綠指針指向的值為3,藍(lán)指針需要在綠指針的后面遍歷查找是否含有 target - 3 ?的元素即 5 - 3 = 2,若含有返回即可。

題目代碼

三數(shù)之和
題目描述:
給你一個(gè)包含 n 個(gè)整數(shù)的數(shù)組 nums,判斷 nums 中是否存在三個(gè)元素 a,b,c ,使得 a + b + c = 0 ?請你找出所有滿足條件且不重復(fù)的三元組。 注意:答案中不可以包含重復(fù)的三元組。
示例:
給定數(shù)組 nums = [-1, 0, 1, 2, -1, -4], 滿足要求的三元組集合為:[ [-1, 0, 1], [-1, -1, 2] ]
這個(gè)題目算是對剛才題目的升級,剛才題目我們是只需返回一個(gè)例子即可,但是這個(gè)題目是讓我們返回所有情況,這個(gè)題目我們需要返回三個(gè)數(shù)相加為 0 的所有情況,但是我們需要去掉重復(fù)的三元組(算是該題的核心),所以這個(gè)題目還是挺有趣的,大家記得打卡呀。
哈希表法
解析
我們這個(gè)題目的哈希表解法是很容易理解的,我們首先將數(shù)組排序,排序之后我們將排序過的元素存入哈希表中,然后我們首先通過兩層遍歷,確定好前兩個(gè)數(shù)字,那么我們只需要哈希表是否存在符合情況的第三個(gè)數(shù)字即可,跟暴力解法的思路類似,很容易理解,但是這里我們需要注意的情況就是,例如我們的例子為[-2 , 1 , 1],如果我們完全按照以上思路來的話,則會出現(xiàn)兩個(gè)解,[-2 , 1 , 1]和[1 , 1, -2]。具體原因?yàn)椋_定 -2,1之后發(fā)現(xiàn) 1 在哈希表中,存入。確定 1 ,1 之后發(fā)現(xiàn) -2 在哈希表中,存入。所以我們需要加入一個(gè)約束避免這種情況,那就是我們第三個(gè)數(shù)的索引大于第二個(gè)數(shù)時(shí)才存入。

上面這種情況時(shí)是不可以存入的,因?yàn)槲覀冸m然在哈希表中找到了符合要求的值,但是 -2 的索引為 0 小于 2 所以不可以存入。
題目代碼

多指針
解析:
如果我們將上個(gè)題目的指針解法稱做是雙指針的話,那么這個(gè)題目用到的方法就是三指針,因?yàn)槲覀兪侨龜?shù)之和嘛,一個(gè)指針對應(yīng)一個(gè)數(shù),下面我們看一下具體思路,其實(shí)原理很簡單,我們先將數(shù)組排序,直接 Arrays.sort() 解決,排序之后處理起來就很容易了。下面我們來看下三個(gè)指針的初始位置。

初始情況見上圖,我們看當(dāng)前情況,三數(shù)之和為? -3 ?,很顯然不是 0 ,那么我們應(yīng)該怎么做呢?
我們設(shè)想一下,我們當(dāng)前的三數(shù)之和為 -3 < 0 那么我們?nèi)绻苿映壬羔樀脑拕t會讓我們的三數(shù)之和變的更小,因?yàn)槲覀兊臄?shù)組是有序的,所以我們移動橙色指針(藍(lán)色不動)時(shí)和會變小,如果移動藍(lán)色指針(橙色不動)的話,三數(shù)之和則會變大,所以這種情況則需要向右移動我們的藍(lán)色指針,找到三數(shù)之和等于 0 的情況進(jìn)行保存,如果三數(shù)之和大于 0 的話,則需要移動橙色指針,途中有三數(shù)之和為 0 的情況則保存。直至藍(lán)橙兩指針相遇跳出該次循環(huán),然后我們的綠指針右移一步,繼續(xù)執(zhí)行上訴步驟。但是這里我們需要注意的一個(gè)細(xì)節(jié)就是,我們需要去除相同三元組的情況,我們看下面的例子。

這里我們發(fā)現(xiàn) 0 - 1 + 1 = 0,當(dāng)前情況是符合的,所以我們需要存入該三元組,存入后,藍(lán)色指針向后移動一步,橙色指針向前移動一步,我們發(fā)現(xiàn)仍為 0 -1 + 1 = 0 仍然符合,但是如果繼續(xù)存入該三元組的話則不符合題意,所以我們需要去重。這里可以借助HashSet但是效率太差,不推薦。這里我們可以使用 while 循環(huán)將藍(lán)色指針移動到不和剛才相同的位置,也就是直接移動到元素 0 上,橙色指針同樣也是。則是下面這種情況,這樣我們就實(shí)現(xiàn)了去重,然后繼續(xù)判斷當(dāng)前三數(shù)之和是否為 0 。

動圖解析:

題目代碼:

四數(shù)之和
題目描述
給定一個(gè)包含 n 個(gè)整數(shù)的數(shù)組 nums 和一個(gè)目標(biāo)值 target,判斷 nums 中是否存在四個(gè)元素 a,b,c 和 d ,使得 a + b + c + d 的值與 target 相等?找出所有滿足條件且不重復(fù)的四元組。 注意: 答案中不可以包含重復(fù)的四元組。
示例:
給定數(shù)組 nums = [1, 0, -1, 0, -2, 2],和 target = 0。 滿足要求的四元組集合為:[ [-1, ?0, 0, 1], [-2, -1, 1, 2], [-2, ?0, 0, 2] ]
我們已經(jīng)完成了兩數(shù)之和和三數(shù)之和,這個(gè)題目應(yīng)該就手到擒來了,因?yàn)槲覀円呀?jīng)知道這類題目的解題框架,兩數(shù)之和呢,我們就先固定第一個(gè)數(shù) ,然后移動指針去找第二個(gè)符合的,三數(shù)之和,固定一個(gè)數(shù),雙指針去找符合情況的其他兩位數(shù),那么我們四數(shù)之和,也可以先固定兩個(gè)數(shù),然后利用雙指針去找另外兩位數(shù)。所以我們來搞定他吧。
多指針:
解析:
三數(shù)之和是,我們首先確定一個(gè)數(shù),然后利用雙指針去找另外的兩個(gè)數(shù),我們在這個(gè)題目里面的解題思路是需要首先確定兩個(gè)數(shù)然后利用雙指針去找另外兩個(gè)數(shù),和三數(shù)之和思路基本一致很容易理解。我們具體思路可以參考下圖。
這里需要注意的是,我們的? target ?不再和三數(shù)之和一樣為? 0 ,target ?是不固定的,所以解題思路不可以完全照搬上面的題目。另外這里也需要考慮去重的情況,思路和上題一致。

上圖則為我們查找到一個(gè)符合條件的四元組的情況,查找成功之后,下一步移動藍(lán)色指針,重新定義綠藍(lán)指針,繼續(xù)執(zhí)行上面步驟。

動圖解析:

題目代碼:

通過上面的三個(gè)例子,大家是不是把此類求和問題摸的透透的啦,如果能感覺到這個(gè)文章寫的很用心的話,能給你帶來一丟丟的幫助的話,歡迎各位點(diǎn)贊,在看,轉(zhuǎn)發(fā)呀!

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