力扣刷题使用双指针进行数组去重分析

双指针

一、26.删除有序数组中的重复项

题目

题解

二、80. 删除有序数组中的重复项 II

题目

题解

三、27. 移除元素

题目

题解

双指针

我们这里所说的双指针实际上并不是真正的指针，它只是两个变量，用于标识数组的索引等，因其定位作用形象地称之为指针。

——那么为什么会需要双指针？

可能你会说了，诶，好像以前我接触数组的时候，没有用什么双指针也能做啊，双指针的意义在何呢？但是我们知道，数组中的元素是紧紧挨在一起的，所以插入元素时其后的所有元素都要向后移动。删除也类似，要将其后的元素向前移动填补空缺。

然而在很多算法中，需要多轮、大量地移动元素，这样很是降低执行效率。而双指针可以解决这个问题，利用这种思想，在数组和字符串处理中能极大地提高效率。

下面让我们来看看双指针的具体应用，从一个题入手双指针。

一、26.删除有序数组中的重复项

题目

给你一个 非严格递增排列 的数组 nums ，请你原地删除重复出现的元素，使每个元素 只出现一次 ，返回删除后数组的新长度。元素的 相对顺序 应该保持一致。然后返回 nums 中唯一元素的个数。

考虑 nums 的唯一元素的数量为 k ，你需要做以下事情确保你的题解可以被通过：

更改数组 nums ，使 nums 的前 k 个元素包含唯一元素，并按照它们最初在 nums 中出现的顺序排列。nums 的其余元素与 nums 的大小不重要。
返回 k 。
判题标准:
系统会用下面的代码来测试你的题解:
int[] nums = [...]; // 输入数组
int[] expectedNums = [...]; // 长度正确的期望答案
int k = removeDuplicates(nums); // 调用
assert k == expectedNums.length;
for (int i = 0; i < k; i++) {
    assert nums[i] == expectedNums[i];
}
如果所有断言都通过，那么您的题解将被 通过。


示例 1：
输入：nums = [1,1,2]
输出：2, nums = [1,2,_]
解释：函数应该返回新的长度 2 ，并且原数组 nums 的前两个元素被修改为 1, 2 。不需要考虑数组中超出新长度后面的元素。

示例 2：
输入：nums = [0,0,1,1,1,2,2,3,3,4]
输出：5, nums = [0,1,2,3,4]
解释：函数应该返回新的长度 5 ， 并且原数组 nums 的前五个元素被修改为 0, 1, 2, 3, 4 。不需要考虑数组中超出新长度后面的元素。
 
提示：
1 <= nums.length <= 3 * 104
-104 <= nums[i] <= 104
nums 已按 非严格递增 排列

题解

这个题的思路在于需要保存重复元素的值。如果我能保存重复元素的值，那么负责遍历数组的元素就能做出判断，如果是重复元素值就继续前进，直到不是该值为止。

所以这里我们使用双指针：利用双指针法，一个指针用于遍历数组，另一个指针指向不重复序列的末尾，即下一个要插入不重复元素的位置。遍历数组时，如果当前元素与前一个元素（即不重复序列的末尾元素）不同，则将该元素插入不重复序列末尾，并移动末尾指针。

slow代表去重后的有效元素，[0,slow]是去重的结果区间；fast用于遍历数组。

如下图所示，刚开始slow==fast==0，然后fast不断前进直到不是该重复值（此处为1）为止。然后slow++，并将fast遍历到的新值赋给arr[slow]，这样arr[fast]根据是否==arr[slow]继续前进，直到不是arr[slow]的值为止。此时arr[fast]就是一个新值，再赋给arr[++slow]。这样每有一个新的不同值就存储在[0,slow]区间中，从而实现了去重。

这类问题要处理边界情况，用for循环是更好的。看代码：

public int removeDuplicates(int[] nums) {
    if (nums == null || nums.length == 0) {
        return 0;
    }
    int i = 0; // 慢指针，指向不重复序列的末尾
    for (int j = 1; j < nums.length; j++) { // 快指针，遍历数组
        if (nums[j] != nums[i]) {
            i++;
            nums[i] = nums[j];
        }
    }
    return i + 1; // 返回不重复序列的长度
}

说明：

如果数组为空或长度为0，直接返回0。
初始化慢指针i为0，指向不重复序列的第一个元素。
遍历数组，如果当前元素nums[j]与慢指针指向的元素nums[i]不同，说明找到了一个新的不重复元素，将其插入不重复序列末尾，并移动慢指针i。
最后返回i + 1，因为i是指向不重复序列末尾的下一个位置。

可以看到，每次循环fast只走一步，最后退出循环时刚好是arr.length-1索引，就不用像上面那样纠结是越界还是找到新值的问题了，因为该for循环中不会出现越界。

这就是双指针，虽然很好用，但也要好好考虑越界问题。

二、80. 删除有序数组中的重复项 II

题目

给你一个有序数组 nums ，请你原地删除重复出现的元素，使得出现次数超过两次的元素只出现两次 ，返回删除后数组的新长度。

不要使用额外的数组空间，你必须在 原地修改输入数组 并在使用 O(1) 额外空间的条件下完成。

说明：
为什么返回数值是整数，但输出的答案是数组呢？
请注意，输入数组是以「引用」方式传递的，这意味着在函数里修改输入数组对于调用者是可见的。
你可以想象内部操作如下:
// nums 是以“引用”方式传递的。也就是说，不对实参做任何拷贝
int len = removeDuplicates(nums);
// 在函数里修改输入数组对于调用者是可见的。
// 根据你的函数返回的长度, 它会打印出数组中 该长度范围内 的所有元素。
for (int i = 0; i < len; i++) {
    print(nums[i]);
}
 

示例 1：
输入：nums = [1,1,1,2,2,3]
输出：5, nums = [1,1,2,2,3]
解释：函数应返回新长度 length = 5, 并且原数组的前五个元素被修改为 1, 1, 2, 2, 3。 不需要考虑数组中超出新长度后面的元素。

示例 2：
输入：nums = [0,0,1,1,1,1,2,3,3]
输出：7, nums = [0,0,1,1,2,3,3]
解释：函数应返回新长度 length = 7, 并且原数组的前七个元素被修改为 0, 0, 1, 1, 2, 3, 3。不需要考虑数组中超出新长度后面的元素。
 

提示：
1 <= nums.length <= 3 * 104
-104 <= nums[i] <= 104
nums 已按升序排列

题解

双指针，并使用一个times变量用于存储当前元素出现次数，如果出现次数为1，则只保存一个位置，number++；如果出现次数大于等于2，则保存两次，number+2。

由于数组有序，所以相同元素一定是相邻的。

我们定义一个指针 k，表示新数组的末尾，然后从前往后扫描原数组，如果当前数不等于 nums[k]且不等于 nums[k−1]，则将当前数插入新数组的末尾。

时间复杂度分析：总共对原数组仅扫描了一遍，所以总时间复杂度是 O(n) 。

public static int deleteDuplicateButSaveMostK(int[] arr,int k){
    int slow = 0;
    int repeatCount = 1;
    //repeatCount是当前值的重复次数，我们从第二个元素开始遍历，此时第一个元素重复次数为1次。
    //第一个元素可看做新值，看做已放入[0,slow]结果区间中，此时slow == 0指向该新值
    for (int fast = 1; fast < arr.length; fast++) {//fast==1,从第二元素开始遍历
        if (arr[fast] != arr[slow]){//arr[fast]是新值就将当前值重复次数置为1次，然后赋值
            repeatCount = 1;
            arr[++slow] = arr[fast];
        }else {
            //是重复值就把重复次数++，如果重复次数<=k就赋给arr[++slow]
            repeatCount++;
            if (repeatCount <= k){
                arr[++slow] = arr[fast];
            }
            //如果重复次数>=k+1就不做处理，fast继续++直到找到新值为止。
        }
    }
    return slow+1;
}

三、27. 移除元素

题目

给你一个数组 nums 和一个值 val，你需要原地移除所有数值等于 val 的元素。元素的顺序可能发生改变。然后返回 nums 中与 val 不同的元素的数量。

假设 nums 中不等于 val 的元素数量为 k，要通过此题，您需要执行以下操作：

更改 nums 数组，使 nums 的前 k 个元素包含不等于 val 的元素。nums 的其余元素和 nums 的大小并不重要。
返回 k。

用户评测：
评测机将使用以下代码测试您的解决方案：
int[] nums = [...]; // 输入数组
int val = ...; // 要移除的值
int[] expectedNums = [...]; // 长度正确的预期答案。
                            // 它以不等于 val 的值排序
int k = removeElement(nums, val); // 调用你的实现
assert k == expectedNums.length;
sort(nums, 0, k); // 排序 nums 的前 k 个元素
for (int i = 0; i < actualLength; i++) {
    assert nums[i] == expectedNums[i];
}
如果所有的断言都通过，你的解决方案将会 通过。

 

示例 1：
输入：nums = [3,2,2,3], val = 3
输出：2, nums = [2,2,_,_]
解释：你的函数函数应该返回 k = 2, 并且 nums 中的前两个元素均为 2。
你在返回的 k 个元素之外留下了什么并不重要（因此它们并不计入评测）。

示例 2：
输入：nums = [0,1,2,2,3,0,4,2], val = 2
输出：5, nums = [0,1,4,0,3,_,_,_]
解释：你的函数应该返回 k = 5，并且 nums 中的前五个元素为 0,0,1,3,4。
注意这五个元素可以任意顺序返回。
你在返回的 k 个元素之外留下了什么并不重要（因此它们并不计入评测）。
 

提示：
0 <= nums.length <= 100
0 <= nums[i] <= 50
0 <= val <= 100

题解

本题解法思路与【题解 26.删除有序数组中的重复项】解法类似。具体怎么实现呢？

先定义一个变量 index，指向待插入位置。index 初始值为 0，然后根据题意要求原地移除所有数值等于 val 的元素出发来决定当遍历到任意一个元素 nums[i] 进行以下来两种走向：
- 如果当前元素 nums[i] 与移除元素 val 相同，则跳过该元素。
- 如果当前元素 nums[i] 与移除元素 val 不同，那将 nums[i] 放到下标 index 的位置，并自增右移index++。
最终得到的 index 即是题答案。

class Solution {
    public int removeElement(int[] nums, int val) {
        //初始值为0
        int index = 0;
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            //相等则跳过，不相等则将保留。
            if (nums[i] != val) {
                //往前挪
                nums[index] = nums[i];
                //右移一位
                index++;
            }
        }
        return index ;
    }
}