代码之旅:我的算法探索之路(一)力扣 两数之和 三数之和问题

news2025/1/23 11:54:41

LeetCode 第1题 两数之和

题目

给定一个整数数组 nums 和一个整数目标值 target,请你在该数组中找出 和为目标值 target  的那 两个 整数,并返回它们的数组下标。

你可以假设每种输入只会对应一个答案。但是,数组中同一个元素在答案里不能重复出现。

你可以按任意顺序返回答案。

示例 1:

输入:nums = [2,7,11,15], target = 9
输出:[0,1]
解释:因为 nums[0] + nums[1] == 9 ,返回 [0, 1] 。

示例 2:

输入:nums = [3,2,4], target = 6
输出:[1,2]

示例 3:

输入:nums = [3,3], target = 6
输出:[0,1]

提示:

  • 2 <= nums.length <= 104
  • -109 <= nums[i] <= 109
  • -109 <= target <= 109
  • 只会存在一个有效答案

求解思路

此题采用python中的字典充当哈希表

  • 初始化字典num_map,
  • 只执行一重循环,使用enumerate关键字直接返回下标i和对应的元素值
  • 计算当前的num和target的差值
  • 如果这个差值存于字典中,则找到结果,取出差值在字典中的下标,连同现在的下标返回
  • 如果这个差值不存在于字典中,则没有找到结果,把现在的这个值num存在字典中

这种写法需要我们时刻理清对字典的操作,我们采用的num值作为字典的键,下标是这个键所存储的值,对于python,我们可以通过in关键字直接查找字典中有没有某个键

代码

class Solution(object):
    def twoSum(self, nums, target):
        num_map = {}
        for i, num in enumerate(nums):
            temp = target - num
            if temp in num_map:
                return [num_map[temp], i]
            else:
                num_map[num] = i
        return []

结果

LeetCode 第15题 三数之和

题目

给你一个整数数组 nums ,判断是否存在三元组 [nums[i], nums[j], nums[k]] 满足 i != ji != k 且 j != k ,同时还满足 nums[i] + nums[j] + nums[k] == 0 。请

你返回所有和为 0 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

示例 1:

输入:nums = [-1,0,1,2,-1,-4]
输出:[[-1,-1,2],[-1,0,1]]
解释:
nums[0] + nums[1] + nums[2] = (-1) + 0 + 1 = 0 。
nums[1] + nums[2] + nums[4] = 0 + 1 + (-1) = 0 。
nums[0] + nums[3] + nums[4] = (-1) + 2 + (-1) = 0 。
不同的三元组是 [-1,0,1] 和 [-1,-1,2] 。
注意,输出的顺序和三元组的顺序并不重要。

示例 2:

输入:nums = [0,1,1]
输出:[]
解释:唯一可能的三元组和不为 0 。

示例 3:

输入:nums = [0,0,0]
输出:[[0,0,0]]
解释:唯一可能的三元组和为 0 。

求解思路

首先对数组进行排序,有如下考量

  1. 方便去重:当数组排序后,相同的元素会排列在一起,这让去除重复的三元组变得容易。在遍历和移动指针时,可以通过比较相邻元素来跳过重复值。

  2. 双指针法的基础:排序后,可以利用双指针法来有效地查找两数之和,这是因为可以根据当前三数之和与目标值的比较结果,决定是移动左指针增大总和还是移动右指针减小总和。这种方法依赖于数组的有序性。

  3. 优化搜索效率:在有序数组中,某些搜索操作(如二分查找)的效率要远高于无序数组。虽然三数之和问题本身不直接使用二分查找,但排序为使用双指针法创建了有利条件,从而提高了整体的搜索效率。

何时先对数组排序

以下是一些先对数组排序可能是好主意的情况:

  • 查找问题,如二分查找、寻找最接近的元素、范围搜索等,需要数组有序。
  • 双指针问题,如两数之和(当使用双指针法时)、三数之和等,排序可以帮助去重和有效移动指针。
  • 合并问题,如合并两个已排序的数组,如果输入数组未排序,首先排序可以简化问题。
  • 区间问题,如合并重叠区间、寻找区间交集等,排序后可以线性扫描解决。
  • 计数问题,在某些情况下,排序可以帮助简化对元素频率的计算或对元素分组。

明确类型,返回的result为list[list[int]],nums为list[int],不过我们还是用result=[]来初始化result

我们将采用双指针,因为这样可以避免多重循环,与常规的双指针不同的是,我们将把left设置为循环标志i的后一位,right设置为数组最后一位,然后慢慢向中间移动,因为这样有个很好的好处是我们可以基于现在三个数字的sum之和,来制定哪个指针移动的移动策略

另外,题目要求了不要有重复的值,所以我们要做好每步的判断重复逻辑

  • range内容的len-2,是为了保证我们的算法能够保证会能够形成一个合规三元组,所以i只能到达倒数第二个元素,同时这样写法的算法也更加高效,因为会在无法形成合规三元组前避免了多余操作
  • 对于每次for循环,我们将不断的初始化left和right的值,来保证每种情况都被遍历
  • 对于第一次跳过重复值,先进行i是否大于0的判断,避免表达式实际判断的是第一个元素和最后一个元素(python中-1下标代表最后一个元素)是否相等,至于为什么要判断i和i-1的元素是否相等,是因为如果想等的话,在循环下标i是“i-1”时候,我们已经判断了以这个元素为起点的所有可能三元组了,现在循环下表为i是多余的判断
  • 对于while循环,我们会一直遍历直到left<right,以确定查看所有可能情况,当现在的total比0小,则需要移动left,让其的元素大小更大一些,反之移动right
  • 在现在的total为0时,我们需要把现在的三元组加入result,并且执行两次跳过重复值的逻辑,即指针现在的值是否和下一个目的地值相等,相等则跳过,避免重复

代码

class Solution:
    def threeSum(self, nums):
        nums.sort()  # 先对数组进行排序
        result = []
        for i in range(len(nums)-2):
            if i > 0 and nums[i] == nums[i-1]:  # 跳过重复的值
                continue
            left, right = i+1, len(nums)-1
            while left < right:
                total = nums[i] + nums[left] + nums[right]
                if total < 0:
                    left += 1
                elif total > 0:
                    right -= 1
                else:
                    result.append([nums[i], nums[left], nums[right]])
                    while left < right and nums[left] == nums[left+1]:  # 跳过重复的值
                        left += 1
                    while left < right and nums[right] == nums[right-1]:  # 跳过重复的值
                        right -= 1
                    left += 1
                    right -= 1
        return result

结果

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