Leetcode——链表和数组（2）

两数之和

给定一个整数数组 nums 和一个目标值 target，请你在该数组中找出和为目标值的那 两个 整数，并返回他们的数组下标。

你可以假设每种输入只会对应一个答案。但是，数组中同一个元素不能使用两遍。

示例:

给定 nums = [2, 7, 11, 15], target = 9

因为 nums[0] + nums[1] = 2 + 7 = 9
所以返回 [0, 1]

哈希

遍历一个数字，把另一个数字事先将其存储起来，

使用一个 HashMap，来建立数字和其坐标位置之间的映射，

由于 HashMap 是常数级的查找效率，这样在遍历数组的时候，用 target 减去遍历到的数字，就是另一个需要的数字了，

直接在 HashMap 中查找其是否存在即可，注意要判断查找到的数字不是第一个数字，

比如 target 是4，遍历到了一个2，那么另外一个2不能是之前那个2，整个实现步骤为：

先遍历一遍数组，建立 HashMap 映射，然后再遍历一遍，开始查找，找到则记录 index。

C++

class Solution {
public:
    vector<int> twoSum(vector<int>& nums, int target) {
        unordered_map<int, int> m;
        vector<int> res;
        for (int i = 0; i < nums.size(); ++i) {
            m[nums[i]] = i;
        }
        for (int i = 0; i < nums.size(); ++i) {
            int t = target - nums[i];
            if (m.count(t) && m[t] != i) {
                res.push_back(i);
                res.push_back(m[t]);
                break;
            }
        }
        return res;
    }
};

Java

public class Solution {
    public int[] twoSum(int[] nums, int target) {
        HashMap<Integer, Integer> m = new HashMap<Integer, Integer>();
        int[] res = new int[2];
        for (int i = 0; i < nums.length; ++i) {
            m.put(nums[i], i);
        }
        for (int i = 0; i < nums.length; ++i) {
            int t = target - nums[i];
            if (m.containsKey(t) && m.get(t) != i) {
                res[0] = i;
                res[1] = m.get(t);
                break;
            }
        }
        return res;
    }
} 

优化

C++

class Solution {
public:
    vector<int> twoSum(vector<int>& nums, int target) {
        unordered_map<int, int> m;
        for (int i = 0; i < nums.size(); ++i) {
            if (m.count(target - nums[i])) {
                return {i, m[target - nums[i]]};
            }
            m[nums[i]] = i;
        }
        return {};
    }
};

Java

public class Solution {
    public int[] twoSum(int[] nums, int target) {
        HashMap<Integer, Integer> m = new HashMap<Integer, Integer>();
        int[] res = new int[2];
        for (int i = 0; i < nums.length; ++i) {
            if (m.containsKey(target - nums[i])) {
                res[0] = i;
                res[1] = m.get(target - nums[i]);
                break;
            }
            m.put(nums[i], i);
        }
        return res;
    }
}

三数之和

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。

示例：

给定数组 nums = [-1, 0, 1, 2, -1, -4]，

满足要求的三元组集合为：
[
  [-1, 0, 1],
  [-1, -1, 2]
]

双指针

先 fix 一个数，然后去找另外两个数，只要找到两个数且和为第一个 fix 数的相反数就行了

对原数组进行排序，然后开始遍历排序后的数组，这里注意不是遍历到最后一个停止，而是到倒数第三个就可以了。

这里可以先做个剪枝优化，就是当遍历到正数的时候就 break，为啥呢，因为数组现在是有序的了，如果第一个要 fix 的数就是正数了，则后面的数字就都是正数，就永远不会出现和为0的情况了。

然后还要加上重复就跳过的处理，处理方法是从第二个数开始，如果和前面的数字相等，就跳过，因为不想把相同的数字fix两次。

对于遍历到的数，用0减去这个 fix 的数得到一个 target，然后只需要再之后找到两个数之和等于 target 即可。

用两个指针分别指向 fix 数字之后开始的数组首尾两个数，如果两个数和正好为 target，则将这两个数和 fix 的数一起存入结果中。然后就是跳过重复数字的步骤了，两个指针都需要检测重复数字。

如果两数之和小于 target，则将左边那个指针i右移一位，使得指向的数字增大一些。同理，如果两数之和大于 target，则将右边那个指针j左移一位，使得指向的数字减小一些

class Solution {
public:
    vector<vector<int>> threeSum(vector<int>& nums) {
        vector<vector<int>> res;
        sort(nums.begin(), nums.end());
        if (nums.empty() || nums.back() < 0 || nums.front() > 0) return {};
        for (int k = 0; k < (int)nums.size() - 2; ++k) {
            if (nums[k] > 0) break;
            if (k > 0 && nums[k] == nums[k - 1]) continue;
            int target = 0 - nums[k], i = k + 1, j = (int)nums.size() - 1;
            while (i < j) {
                if (nums[i] + nums[j] == target) {
                    res.push_back({nums[k], nums[i], nums[j]});
                    while (i < j && nums[i] == nums[i + 1]) ++i;
                    while (i < j && nums[j] == nums[j - 1]) --j;
                    ++i; --j;
                } else if (nums[i] + nums[j] < target) ++i;
                else --j;
            }
        }
        return res;
    }
};

最接近的三数之和

给定一个包括 n 个整数的数组 nums 和 一个目标值 target。找出 nums 中的三个整数，使得它们的和与 target 最接近。返回这三个数的和。假定每组输入只存在唯一答案。

例如，给定数组 nums = [-1，2，1，-4], 和 target = 1.

与 target 最接近的三个数的和为 2. (-1 + 2 + 1 = 2).

双指针

定义一个变量 diff 用来记录差的绝对值，然后还是要先将数组排个序，然后开始遍历数组

先确定一个数，

然后用两个指针 left 和 right 来滑动寻找另外两个数，每确定两个数，求出此三数之和，

然后算和给定值的差的绝对值存在 newDiff 中，然后和 diff 比较并更新 diff 和结果 closest 即可

class Solution {
public:
    int threeSumClosest(vector<int>& nums, int target) {
        int closest = nums[0] + nums[1] + nums[2];
        int diff = abs(closest - target);
        sort(nums.begin(), nums.end());
        for (int i = 0; i < nums.size() - 2; ++i) {
            int left = i + 1, right = nums.size() - 1;
            while (left < right) {
                int sum = nums[i] + nums[left] + nums[right];
                int newDiff = abs(sum - target);
                if (diff > newDiff) {
                    diff = newDiff;
                    closest = sum;
                }
                if (sum < target) ++left;
                else --right;
            }
        }
        return closest;
    }
};

优化

每次判断一下，当 nums[i]*3 > target 的时候，就可以直接比较 closest 和 nums[i] + nums[i+1] + nums[i+2] 的值，返回较小的那个，因为数组已经排过序了，后面的数字只会越来越大，就不必再往后比较了

class Solution {
public:
    int threeSumClosest(vector<int>& nums, int target) {
        int closest = nums[0] + nums[1] + nums[2];
        int diff = abs(closest - target);
        sort(nums.begin(), nums.end());
        for (int i = 0; i < nums.size() - 2; ++i) {
            if (nums[i] * 3 > target) return min(closest, nums[i] + nums[i + 1] + nums[i + 2]);
            int left = i + 1, right = nums.size() - 1;
            while (left < right) {
                int sum = nums[i] + nums[left] + nums[right];
                int newDiff = abs(sum - target);
                if (diff > newDiff) {
                    diff = newDiff;
                    closest = sum;
                }
                if (sum < target) ++left;
                else --right;
            }
        }
        return closest;
    }
};

较小的三数之和

给定一个长度为 n 的整数数组和一个目标值 target，寻找能够使条件 nums[i] + nums[j] + nums[k] < target 成立的三元组 i, j, k 个数（0 <= i < j < k < n）。

示例：

输入: nums = [-2,0,1,3], target = 2
输出: 2 
解释: 因为一共有两个三元组满足累加和小于 2:
     [-2,0,1]
     [-2,0,3]

进阶：是否能在 O(n2) 的时间复杂度内解决？

暴力

将所有的可能的三个数字的组合都遍历一遍，比较三数之和跟目标值之间的大小，小于的话则结果自增1

class Solution {
public:
    int threeSumSmaller(vector<int>& nums, int target) {
        int res = 0;
        sort(nums.begin(), nums.end());
        for (int i = 0; i < int(nums.size() - 2); ++i) {
            int left = i + 1, right = nums.size() - 1, sum = target - nums[i];
            for (int j = left; j <= right; ++j) {
                for (int k = j + 1; k <= right; ++k) {
                    if (nums[j] + nums[k] < sum) ++res;
                }
            }
        }
        return res;
    }
};

双指针

判断三个数之和小于目标值时，此时结果应该加上 right-left，因为数组排序了以后，

如果加上 num[right] 小于目标值的话，那么加上一个更小的数必定也会小于目标值，然后将左指针右移一位，否则将右指针左移一位

class Solution {
public:
    int threeSumSmaller(vector<int>& nums, int target) {
        if (nums.size() < 3) return 0;
        int res = 0, n = nums.size();
        sort(nums.begin(), nums.end());
        for (int i = 0; i < n - 2; ++i) {
            int left = i + 1, right = n - 1;
            while (left < right) {
                if (nums[i] + nums[left] + nums[right] < target) {
                    res += right - left;
                    ++left;
                } else {
                    --right;
                }
            }
        }
        return res;
    }
};

四数之和

给定一个包含 n 个整数的数组 nums 和一个目标值 target，判断 nums 中是否存在四个元素 a，b，c 和 d ，使得 a + b + c + d 的值与 target 相等？找出所有满足条件且不重复的四元组。

注意：

答案中不可以包含重复的四元组。

示例：

给定数组 nums = [1, 0, -1, 0, -2, 2]，和 target = 0。

满足要求的四元组集合为：
[
  [-1,  0, 0, 1],
  [-2, -1, 1, 2],
  [-2,  0, 0, 2]
]

进行去重复处理。主要可以进行的有三个地方，

首先在两个 for 循环下可以各放一个，因为一旦当前的数字跟上面处理过的数字相同了，那么找下来肯定还是重复的。

之后就是当 sum 等于 target 的时候了，在将四个数字加入结果 res 之后，left 和 right 都需要去重复处理，分别像各自的方面遍历即可

class Solution {
public:
    vector<vector<int>> fourSum(vector<int> &nums, int target) {
        vector<vector<int>> res;
        int n = nums.size();
        sort(nums.begin(), nums.end());
        for (int i = 0; i < n - 3; ++i) {
            if (i > 0 && nums[i] == nums[i - 1]) continue;
            for (int j = i + 1; j < n - 2; ++j) {
                if (j > i + 1 && nums[j] == nums[j - 1]) continue;
                int left = j + 1, right = n - 1;
                while (left < right) {
                    int sum = nums[i] + nums[j] + nums[left] + nums[right];
                    if (sum == target) {
                        vector<int> out{nums[i], nums[j], nums[left], nums[right]};
                        res.push_back(out);
                        while (left < right && nums[left] == nums[left + 1]) ++left;
                        while (left < right && nums[right] == nums[right - 1]) --right;
                        ++left; --right;
                    } else if (sum < target) ++left;
                    else --right;
                }
            }
        }
        return res;
    }
};

四数相加 II

给定四个包含整数的数组列表 A , B , C , D ,计算有多少个元组 (i, j, k, l) ，使得 A[i] + B[j] + C[k] + D[l] = 0。

为了使问题简单化，所有的 A, B, C, D 具有相同的长度 N，且 0 ≤ N ≤ 500 。所有整数的范围在 -228 到 228 - 1 之间，最终结果不会超过 231 - 1 。

例如:

输入:
A = [ 1, 2]
B = [-2,-1]
C = [-1, 2]
D = [ 0, 2]

输出:
2

解释:
两个元组如下:
1. (0, 0, 0, 1) -> A[0] + B[0] + C[0] + D[1] = 1 + (-2) + (-1) + 2 = 0
2. (1, 1, 0, 0) -> A[1] + B[1] + C[0] + D[0] = 2 + (-1) + (-1) + 0 = 0

哈希

如果把A和B的两两之和都求出来，在 HashMap 中建立两数之和跟其出现次数之间的映射，

那么再遍历C和D中任意两个数之和，只要看哈希表存不存在这两数之和的相反数就行了

class Solution {
public:
    int fourSumCount(vector<int>& A, vector<int>& B, vector<int>& C, vector<int>& D) {
        int res = 0;
        unordered_map<int, int> m;
        for (int i = 0; i < A.size(); ++i) {
            for (int j = 0; j < B.size(); ++j) {
                ++m[A[i] + B[j]];
            }
        }
        for (int i = 0; i < C.size(); ++i) {
            for (int j = 0; j < D.size(); ++j) {
                int target = -1 * (C[i] + D[j]);
                res += m[target];
            }
        }
        return res;
    }
};

两哈希

用了两个 HashMap 分别记录 AB 和 CB 的两两之和出现次数，

然后遍历其中一个 HashMap，并在另一个 HashMap 中找和的相反数出现的次数

class Solution {
public:
    int fourSumCount(vector<int>& A, vector<int>& B, vector<int>& C, vector<int>& D) {
        int res = 0, n = A.size();
        unordered_map<int, int> m1, m2;
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            for (int j = 0; j < n; ++j) {
                ++m1[A[i] + B[j]];
                ++m2[C[i] + D[j]];
            }
        }
        for (auto a : m1) res += a.second * m2[-a.first];
        return res;
    }
};