三数之和——双指针法的实践

2023-11-04

一、方法介绍

双指针法有时也叫快慢指针,在数组里是用两个整型值代表下标,在链表里是两个指针,一般能实现O(n)的时间解决问题,两个指针的位置一般在第一个元素和第二个元素或者第一个元素和最后一个元素,快指针在前“探路”,当符合某种条件时慢指针向前挪

二、题目

给你一个包含 n 个整数的数组 nums,判断 nums 中是否存在三个元素 a,b,c ,使得 a + b + c = 0 ?请你找出所有满足条件且不重复的三元组。

注意:答案中不可以包含重复的三元组。

 

三、解法

方案一、暴力破解,三重循环,时间复杂度O(N^3)

方案二、双指针法

题目中要求找到所有「不重复」且和为 0的三元组,这个「不重复」的要求使得我们无法简单地使用三重循环枚举所有的三元组。这是因为在最坏的情况下,数组中的元素全部为 0,即[0, 0, 0, 0, 0, ..., 0, 0, 0]

任意一个三元组的和都为 0。如果我们直接使用三重循环枚举三元组,会得到 O(N^3) 个满足题目要求的三元组(其中 N 是数组的长度)时间复杂度至少为 O(N^3)。在这之后,我们还需要使用哈希表进行去重操作,得到不包含重复三元组的最终答案,又消耗了大量的空间。这个做法的时间复杂度和空间复杂度都很高,因此我们要换一种思路来考虑这个问题。

「不重复」的本质是什么?我们保持三重循环的大框架不变,只需要保证:

    第二重循环枚举到的元素不小于当前第一重循环枚举到的元素;

    第三重循环枚举到的元素不小于当前第二重循环枚举到的元素。

也就是说,我们枚举的三元组 (a, b, c) 满足 a≤b≤c,保证了只有 (a, b, c)这个顺序会被枚举到,而(b, a, c)、(c, b, a) 等等这些不会,这样就减少了重复。要实现这一点,我们可以将数组中的元素从小到大进行排序,随后使用普通的三重循环就可以满足上面的要求。第一个循环,找到第一个元素。然后开始使用双指针法,找到另外两个元素,使三者为0

class Solution {
public:
    vector<vector<int>> threeSum(vector<int>& nums) {
        int n = nums.size();
        sort(nums.begin(), nums.end());
        vector<vector<int>> ans;
        // 枚举 a
        for (int first = 0; first < n; ++first) {
            // 需要和上一次枚举的数不相同
            if (first > 0 && nums[first] == nums[first - 1]) {
                continue;
            }
            // c 对应的指针初始指向数组的最右端
            int third = n - 1;
            int target = -nums[first];
            // 枚举 b
            for (int second = first + 1; second < n; ++second) {
                // 需要和上一次枚举的数不相同
                if (second > first + 1 && nums[second] == nums[second - 1]) {
                    continue;
                }
                // 需要保证 b 的指针在 c 的指针的左侧
                while (second < third && nums[second] + nums[third] > target) {
                    --third;
                }
                // 如果指针重合,随着 b 后续的增加
                // 就不会有满足 a+b+c=0 并且 b<c 的 c 了,可以退出循环
                if (second == third) {
                    break;
                }
                if (nums[second] + nums[third] == target) {
                    ans.push_back({nums[first], nums[second], nums[third]});
                }
            }
        }
        return ans;
    }
};

参考:

https://leetcode-cn.com/problems/3sum/solution/san-shu-zhi-he-by-leetcode-solution/

https://www.cnblogs.com/codingstory/p/11334827.html

https://www.cnblogs.com/jimlau/p/11917839.html

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