15数据结构与算法刷题之【双指针】篇

简介: 15数据结构与算法刷题之【双指针】篇

剑指offer


剑指 Offer II 018. 有效的回文【简单】


题目链接: 剑指 Offer II 018. 有效的回文


题目内容:给定一个字符串 s ,验证 s 是否是 回文串 ,只考虑字母和数字字符,可以忽略字母的大小写。


思路:双指针判断法


复杂度分析:


时间复杂度:O(n)
空间复杂度:O(1)
class Solution {
    public boolean isPalindrome(String s) {
        int i = 0, j = s.length() - 1;
        while (i < j) {
            while (i < s.length() && !isSatisfy(s.charAt(i))) {
                i++;
            }
            while (j >= 0 && !isSatisfy(s.charAt(j))) {
                j--;
            }
            if (i >= j) {
                break;
            }
            if (transfer(s.charAt(i++)) != transfer(s.charAt(j--))) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }
    public boolean isSatisfy(char ch) {
        if ((ch >= '0' && ch <= '9') || (ch >= 'a' && ch <= 'z') || (ch >= 'A' && ch <= 'Z')) {
            return true;
        }
        return false;
    }
    public char transfer(char ch) {
        if (ch >= 'A' && ch <= 'Z') {
            return (char)(ch + 32);
        }
        return ch;
    }
}



剑指 Offer 21. 调整数组顺序使奇数位于偶数前面【简单】


题目链接:剑指 Offer 21. 调整数组顺序使奇数位于偶数前面


题目内容:输入一个整数数组,实现一个函数来调整该数组中数字的顺序,使得所有奇数在数组的前半部分,所有偶数在数组的后半部分。


思路:


1、双指针,从左右两端开始。


复杂度分析:


时间复杂度:O(n)
空间复杂度:O(1)
class Solution {
    //1234
    //12345
    public int[] exchange(int[] nums) {
        int n = nums.length;
        int left = 0, right = nums.length - 1;
        while (left < right) {
            while (left < right && nums[left] % 2 == 1) {
                left++;
            }
            while (left < right && nums[right] % 2 == 0) {
                right--;
            }
            //若是成立那么就兑换
            if (left < right) {
                int temp = nums[left];
                nums[left] = nums[right];
                nums[right] = temp;
            }
        }
        return nums;
    }
}


剑指 Offer 57 - II. 和为s的连续正数序列【简单】


题目链接:剑指 Offer 57 - II. 和为s的连续正数序列


题目内容:输入一个正整数 target ,输出所有和为 target 的连续正整数序列(至少含有两个数)。


序列内的数字由小到大排列,不同序列按照首个数字从小到大排列。


思路:


1、滑动窗口


复杂度分析:


时间复杂度:O(n),最大为2n。
空间复杂度:O(1)
class Solution {
    //滑动窗口
    public int[][] findContinuousSequence(int target) {
        List<int[]> list = new ArrayList<>();
        //指定一个区间
        for (int l = 1, r = 1, sum = 0; r < target; r++) {
            sum += r;
            //若是>当前的窗口,及时进行缩减窗口
            while (l < r && sum > target) {
                sum -= l++;
            }
            //若是当前窗口符合
            if (sum == target && r - l > 0) {
                int [] res = new int[r - l + 1];
                for (int i = l; i <= r; i++) {
                    res[i - l] = i;
                }
                list.add(res);
            }
        }
        //将list转换为int数组
        int[][] res = new int[list.size()][];
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            res[i] = list.get(i);
        }
        return res;
    }
}


剑指 Offer 48. 最长不含重复字符的子字符串【中等】


题目链接:剑指 Offer 48. 最长不含重复字符的子字符串


题目内容:请从字符串中找出一个最长的不包含重复字符的子字符串,计算该最长子字符串的长度。


思路:


1、滑动窗口+哈希表


复杂度分析:时间复杂度O(n),空间复杂度O(n)


class Solution {
    public int lengthOfLongestSubstring(String s) {
        //哈希+滑动窗口
        Set<Character> set = new HashSet<>();
        char[] arr = s.toCharArray();
        int max = 0;
        for (int l = 0, r = 0; r < arr.length; r++) {
            //缩减窗口
            while (l < r && !set.isEmpty() && set.contains(arr[r])) {
                set.remove(arr[l]);//先进行移除再左指针移动
                l++;
            }
            set.add(arr[r]);
            max = Math.max(max, r - l + 1);
        }
        return max;
    }
}


优化一下,对于set集合我们可以使用int数组来替代【最优】:


class Solution {
    public int lengthOfLongestSubstring(String s) {
        //哈希+滑动窗口
        int[] buckets = new int[128];
        char[] arr = s.toCharArray();
        int max = 0;
        for (int l = 0, r = 0; r < arr.length; r++) {
            //缩减窗口
            while (l < r && buckets[arr[r]] > 0) {
                buckets[arr[l]]--;
                l++;
            }
            buckets[arr[r]]++;
            max = Math.max(max, r - l + 1);
        }
        return max;
    }
}



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合并两个有序的数组【简单】


题目链接:合并两个有序的数组


题目内容:给出一个有序的整数数组 A 和有序的整数数组 B ,请将数组 B 合并到数组 A 中,变成一个有序的升序数组。


思路1:合并数组。从大到小,针对A数组来从后往前填。


复杂度分析:


时间复杂度:O(n)
空间复杂度:O(1)
import java.util.*;
public class Solution {
    public void merge(int A[], int m, int B[], int n) {
        int i = m - 1;
        int j = n - 1;
        int k = m + n - 1;
        while (i >= 0 && j >= 0) {
            if (A[i] > B[j]) {
                A[k--] = A[i--];
            }else {
                A[k--] = B[j--];
            }
        }
        //若是B还有剩余继续往前添加,若是B没有,那就直接结束了
        while (j >= 0) {
            A[k--] = B[j--];
        }
    }
}


反转字符串【简单】


题目链接:反转字符串


题目内容:写出一个程序,接受一个字符串,然后输出该字符串反转后的字符串。(字符串长度不超过1000)。


思路:双指针来进行交换替换字符。


复杂度分析:


时间复杂度:O(n)。
空间复杂度:O(1)。
import java.util.*;
public class Solution {
    /**
     * 反转字符串
     * @param str string字符串 
     * @return string字符串
     */
    public String solve (String str) {
        int i = 0, j = str.length() - 1;
        char[] chars = str.toCharArray();
        while (i < j) {
            char temp = chars[i];
            chars[i] = chars[j];
            chars[j] = temp;
            i++;
            j--;
        }
        return new String(chars);
    }
}



判断是否为回文字符串【中等】


题目链接:合并两个有序的数组


题目内容:给定一个长度为 n 的字符串,请编写一个函数判断该字符串是否回文。如果是回文请返回true,否则返回false。


思路1:使用双指针,一个从前开始,一个从后开始来进行遍历比较。


复杂度分析:


时间复杂度:O(n)
空间复杂度:O(1)
import java.util.*;
public class Solution {
    /**
     * 代码中的类名、方法名、参数名已经指定,请勿修改,直接返回方法规定的值即可
     * 
     * @param str string字符串 待判断的字符串
     * @return bool布尔型
     */
    public boolean judge (String str) {
        int i = 0, j = str.length() - 1;
        while (i <= j) {
            if (str.charAt(i) != str.charAt(j)) {
                return false;
            }
            i++;
            j--;
        }
        return true;
    }
}



最长无重复子数组【中等】


题目链接:最长无重复子数组


题目内容:给定一个长度为n的数组arr,返回arr的最长无重复元素子数组的长度,无重复指的是所有数字都不相同。子数组是连续的,


比如[1,3,5,7,9]的子数组有[1,3],[3,5,7]等等,但是[1,3,7]不是子数组。


思路:滑动窗口。


复杂度分析:


时间复杂度:O(n)
空间复杂度:O(n)
import java.util.*;
public class Solution {
    /**
     * 
     * @param arr int整型一维数组 the array
     * @return int整型
     */
    public int maxLength (int[] arr) {
        //滑动窗口
        Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();
        int res = 0;
        for (int left = 0, right = 0; right < arr.length; right++) {
            //这个if操作就是往map里面添加值的
            if (map.containsKey(arr[right])) {
                map.put(arr[right], map.get(arr[right]) + 1);
            }else {
                map.put(arr[right], 1);
            }
            //移动left指针
            while (map.get(arr[right]) > 1) {
                map.put(arr[left], map.get(arr[left++]) - 1);
            }
            //计算长度最大值
            res = Math.max(res, right - left + 1);
        }
        return res;
    }
}



盛水最多的容器【中等】


题目链接:盛水最多的容器


题目内容:给定一个数组height,长度为n,每个数代表坐标轴中的一个点的高度,height[i]是在第i点的高度,请问,从中选2个高度与x轴组成的容器最多能容纳多少水。


思路:定义左右指针,然后不断的缩短容量,移动位置。


复杂度分析:


时间复杂度:O(n)
空间复杂度:O(1)
import java.util.*;
public class Solution {
    /**
     * 代码中的类名、方法名、参数名已经指定,请勿修改,直接返回方法规定的值即可
     *
     * 
     * @param height int整型一维数组 
     * @return int整型
     */
    public int maxArea (int[] height) {
        int res = 0;
        int left = 0, right = height.length - 1;
        while (left < right) {
            //贪心策略
            res = Math.max(res, Math.min(height[left], height[right]) * (right - left));
            //如果左边的高度<右边的高度,那么左边位置向右移动
            if (height[left] < height[right]) {
                left++;
            }else{
                right--;
            }
        }
        return res;
    }
}


接雨水问题【中等】


题目链接:接雨水问题


题目内容:给定一个整形数组arr,已知其中所有的值都是非负的,将这个数组看作一个柱子高度图,计算按此排列的柱子,下雨之后能接多少雨水。(数组以外的区域高度视为0)。


思路1:双指针方案。定义左右各个最大高度,然后来进行比较平移,若是右边更高,那么就开始平移左边的并且进行计算。


复杂度分析:


时间复杂度:O(n)
空间复杂度:O(1)
import java.util.*;
public class Solution {
    /**
     * max water
     * @param arr int整型一维数组 the array
     * @return long长整型
     */
    public long maxWater (int[] arr) {
        int i = 0, j = arr.length - 1;
        int maxL = 0;
        int maxR = 0;
        long res = 0;
        while (i < j) {
            //取出当前左右边最大的边界
            maxL = Math.max(maxL, arr[i]);
            maxR = Math.max(maxR, arr[j]);
            //若是右边>左边,移动左边位置
            if (maxR > maxL) {
                res += maxL - arr[i++];
            }else {
                res += maxR - arr[j--];
            }
        }
        return res;
    }
}



合并区间【中等】


题目链接:合并区间


题目内容:给出一组区间,请合并所有重叠的区间。请保证合并后的区间按区间起点升序排列。


思路:排序比较。①根据start来进行排序。②不断的进行判断star<=新添加集合中元素的end,就可以直接添加进去。


复杂度分析:


时间复杂度:O(nlogn)
空间复杂度:O(n)
import java.util.*;
/**
 * Definition for an interval.
 * public class Interval {
 *     int start;
 *     int end;
 *     Interval() { start = 0; end = 0; }
 *     Interval(int s, int e) { start = s; end = e; }
 * }
 */
public class Solution {
    public ArrayList<Interval> merge(ArrayList<Interval> intervals) {
        if (intervals == null || intervals.size() == 0 || intervals.size() == 1) {
            return intervals;
        }
        //1、先对集合中的所有元素根据start来进行排序
        Collections.sort(intervals, (o1, o2)->o1.start - o2.start);
        //2、不断的拿intervals中的start来与list最后一个end来比较
        ArrayList<Interval> list = new ArrayList<>();
        list.add(intervals.get(0));
        for (int i = 1; i < intervals.size(); i++) {
            if (intervals.get(i).start <= list.get(list.size() - 1).end) {
                //list.get(list.size() - 1).end = intervals.get(i).end;
                //优化:针对[[1,4],[2,3]],所以需要进行比较
                list.get(list.size() - 1).end = Math.max(intervals.get(i).end, list.get(list.size() - 1).end);
            }else {
                list.add(intervals.get(i));
            }
        }
        return list;
    }
}



最小覆盖子串【中等】


题目链接:最小覆盖子串


题目内容:给出两个字符串 s 和 t,要求在 s 中找出最短的包含 t 中所有字符的连续子串。


思路1:滑动窗口,先不断的进行窗口扩大,满足条件之后进行缩减,然后不断的使用两个指针进行移动比较。


复杂度分析:


时间复杂度:O(n*m)
空间复杂度:O(1)
import java.util.*;
public class Solution {
    /**
     * 
     * @param S string字符串 
     * @param T string字符串 
     * @return string字符串
     */
    //滑动窗口
    public String minWindow (String S, String T) {
        //使用一个hash表,index下标表示对应的字符,value表示出现的次数,初始为0,若是有两个就是-2
        int[] hash = new int[128];
        for (int i = 0; i < T.length(); i++) {
            //可能会有重复的字符
            hash[T.charAt(i)]--;
        }
        //快慢指针来进行移动的
        int slow = 0, fast = 0;
        //左右指针用来记录最小子串的左右位置
        int left = -1, right = -1;
        //记录最小长度
        int min = S.length() + 1;
        for (;fast < S.length(); fast++) {
            //对字符所在位置下标+1
            hash[S.charAt(fast)]++;
            //如果当前已经覆盖所有的字符,那么进行缩减当前的窗口
            while (check(hash, T)) {
                if (min > (fast - slow + 1)) {
                    min = fast - slow + 1;
                    left = slow;
                    right = fast;
                }
                //窗口进行缩减
                hash[S.charAt(slow)]--;
                slow++;
            }
        }
        //没有找到情况
        if (left == -1 && right == -1) {
            return "";
        }
        //返回指定的字符串
        return S.substring(left, right + 1);
    }
    //check检查当前hash是否已经存在
    public boolean check(int[] hash, String T) {
        for (int i = 0; i < T.length(); i++) {
            if (hash[T.charAt(i)] < 0){
                return false;
            }
        }
        return true;
    }
}


上面代码在leetcode中超时,对其进行优化:主要是针对check()函数遍历做优化,更改为一个all的int型进行表示是否已经全部包含


class Solution {
    public String minWindow(String s, String t) {
        //hash表:128个字符(ascii码)。【>=0的表示符合t中的元素,<0的即为不符合元素】
        int[] hash = new int[128];
        for (int i = 0; i < t.length(); i++) {
            hash[t.charAt(i)]++;
        }
        //保存一个最小窗口值
        int min = s.length() + 1;
        //左右指针,用于最后进行返回
        int left = -1, right = -1;
        //当前符合条件的数量
        int all = t.length();
        //滑动窗口
        for (int slow = 0, fast = 0; fast < s.length(); fast++) {
            hash[s.charAt(fast)]--;
            //说明上面对某个字符操作,该字符是属于t中的
            if (hash[s.charAt(fast)] >= 0) {
                all--;
            }
            //若是all=0表示,已经找到了所在的范围
            if (all == 0) {
                while (hash[s.charAt(slow)] < 0) {
                    hash[s.charAt(slow++)]++;
                }
                //当前范围包含t的所有元素
                if (min > (fast - slow + 1)) {
                    min = fast - slow + 1;
                    left = slow;
                    right = fast;
                }
                //此时最左边的一定是在t中包含的,此时value值+1,以及all也进行+1
                hash[s.charAt(slow++)]++;
                all++;
            }
        }
        //没有符合条件的情况
        if (min == s.length() + 1) {
            return "";
        }
        //【left,right】
        return s.substring(left, right + 1);
    }
}



leetcode


合并区间【中等】(等同于牛客7)


题目链接:合并区间


题目内容:给出一组区间,请合并所有重叠的区间。请保证合并后的区间按区间起点升序排列。


思路:排序比较。①根据start来进行排序。②不断的进行判断star<=新添加集合中元素的end,就可以直接添加进去。


复杂度分析:


时间复杂度:O(nlogn)
空间复杂度:O(n)
class Solution {
    public int[][] merge(int[][] intervals) {
        if (intervals == null || intervals.length == 0 || intervals.length == 1) {
            return intervals;
        }
        //1、进行排序
        Arrays.sort(intervals, (a, b)->a[0] - b[0]);
        //2、来进行排序
        List<int[]> res = new ArrayList<>();
        res.add(intervals[0]);
        for (int i = 1; i < intervals.length; i++) {
            if (intervals[i][0] <= res.get(res.size() - 1)[1]) {
                res.get(res.size() - 1)[1] = Math.max(intervals[i][1], res.get(res.size() - 1)[1]);
            }else {
                res.add(intervals[i]);
            }
        }
        return res.toArray(new int[0][]);
    }
}



11. 盛最多水的容器【中等】


学习:leetcode题解


题目链接:11. 盛最多水的容器


题目内容:


给定一个长度为 n 的整数数组 height 。有 n 条垂线,第 i 条线的两个端点是 (i, 0) 和 (i, height[i]) 。


找出其中的两条线,使得它们与 x 轴共同构成的容器可以容纳最多的水。


返回容器可以储存的最大水量。


说明:你不能倾斜容器。


思路:


1、暴力


思路:通过暴力列举出所有面积的可能性再一一比对最终求得最大面积。


复杂度分析:时间复杂度O(n2)、空间复杂度O(1)


特征:实际是两个指针同时从左边出发来进行不对列举比较,每次按照指定的顺序同步移动导致每次需要计算面积,就会有额外许多不必要的计算。


/**
 * 解法1:暴力解法
 * @param height
 * @return
 */
public int maxArea(int[] height) {
    int maxArea = 0;
    for (int i = 0; i < height.length; i++) {
        for (int j = i + 1; j < height.length; j++) {
            //最大面积 vs 当前面积(高度最矮 * 两边距离)
            maxArea = Math.max(maxArea, Math.min(height[i],height[j]) * (j - i));
        }
    }
    return maxArea;
}


2、左右指针


特征:左右两边
模式识别:需要移动左右两头的问题可以考虑双指针
难点:如何移动指针?①相同情况下两边距离越远越好。②区域受限于短边。


思路:通过不断的移动左右指针位置来减少不必要的面积计算比较,移动的依据是根据当前指针指向的两个高度比较,较矮的一方进行移动,最终来减少不必要的比较!


复杂度分析:时间复杂度O(n)、空间复杂度O(1)


/**
 * 解法2:左右指针根据两个高度大小来移动
 * @param height
 * @return
 */
public int maxArea(int[] height) {
    int max = 0, l = 0, r = height.length - 1;
    while (l < r){
        max = max = Math.max(max, Math.min(height[l],height[r]) * (r - l));
        if (height[l] < height[r]){
            l++;
        }else {
            r--;
        }
    }
    return max;
}



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