LeetCode小白算法成长记之双指针

Posted 2020-12-10 ydongy

不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海。

前言

内容主要是个人学习使用，题目分类以及部分参考资料来自于CyC的博客，非常感谢大佬，题目来源于LeetCode，非常感谢本站支持。

167. 两数之和 II - 输入有序数组（Easy） ??

给定一个已按照升序排列的有序数组，找到两个数使得它们相加之和等于目标数。函数应该返回这两个下标值 index1 和 index2，其中 index1?必须小于?index2。

说明:
返回的下标值（index1 和 index2）不是从零开始的。你可以假设每个输入只对应唯一的答案，而且你不可以重复使用相同的元素。

示例:

输入: numbers = [2, 7, 11, 15], target = 9
输出: [1,2]
解释: 2 与 7 之和等于目标数 9 。因此 index1 = 1, index2 = 2 。

解题思路：
本题是1. 两数之和的升级版本，题意给定的是一个升序排列的有序数组，利用双指针，指针1指向值较小的元素，指针2指向值较大的元素。指针1从头向尾遍历，指针2从尾向头遍历。

• 存在有序性，即左边元素始终小于右边元素，所以指针1的元素始终小于指针2的元素
• 当元素和sum>target，即需要减小某个元素，所以将指针2向左移动，指针1不动（之所以不把指针1向左移动是促使两个指针相遇，终止条件）
• 当元素和sum<target，即需要增大某个元素，所以将指针1向右移动，指针2不动
• 当sum==target，且指针1和指针2不指向同一个元素

代码实现：

class Solution:
    def twoSum(self, numbers: List[int], target: int) -> List[int]:
        left = 0
        right = len(numbers)-1
        while left<right: # 判断指针是否相遇
            num = numbers[left] + numbers[right]
            if num>target:
                right-=1 # 指针2左移
            elif num<target:
                left+=1  # 指针1右移
            else:
		# 下标加一返回位置
                left+=1
                right+=1
                return [left,right]

633. 平方数之和（Easy） ??

给定一个非负整数?c?，你要判断是否存在两个整数 a 和 b，使得?a2 + b2 = c。

示例1:

输入: 5
输出: True
解释: 1 * 1 + 2 * 2 = 5

示例2:

输入: 3
输出: False

解题思路：
本题其实是上一题的变形，target等于两个数的平方和，题目核心条件：

• 可取范围是数是0-√target，因为a²+b²=target,极端情况是a=0，b=√target，所以当a不断增大，b一定需要小于√target
• 由此0-√target可以看作是一组有序的数组[0,1,2,3,4,5,6...]
• 利用双指针，指针1指向开头，向右移动，指针2指向结尾，向左移动

代码实现：

class Solution:
    def judgeSquareSum(self, c: int) -> bool:
        left = 0 
        right = int(c**0.5) # 相当于√target
        while left<=right: # 指针可以相遇，例如：1*1+1*1=2,即left指向1,right指向1
            num = left*left+right*right
            if num>c:
                right-=1 # 指针2左移
            elif num<c:
                left+=1  # 指针1右移
            else:
                return True
        return False

345. 反转字符串中的元音字母（Easy） ??

编写一个函数，以字符串作为输入，反转该字符串中的元音字母。

示例 1:

输入: "hello"
输出: "holle"

示例 2:

输入: "leetcode"
输出: "leotcede"

说明:
元音字母不包含字母"y"。

解题思路：

• 元音字母：{"a","e","i","o","u",‘A‘, ‘E‘, ‘I‘, ‘O‘, ‘U‘}，采用集合存储时间复杂度优于列表，Python底层采用的是hash。
• 主要就是反转元音字母，即当元音字母为奇数个，存在一个不动，元音字母为偶数个，则一一对调。
• 一一对调即采用双指针，指针1从左边找，往有运动。指针2从右边找，往左运动。
  • 当指针1,2指向的都是元音字母则对调
  • 指针1是元音字母，指针2不是，则指针1不动，等待指针2找到元音字母，双方对调
  • 反之亦是
• 终止条件是指针1与指针2相遇

代码实现：

class Solution:
    def reverseVowels(self, s: str) -> str:
        words = {"a", "e", "i", "o", "u", ‘A‘, ‘E‘, ‘I‘, ‘O‘, ‘U‘}
        l = list(s) # 拆分列表用于交换元素
        left = 0
        right = len(l) - 1

        while left < right:
            if l[left] in words and l[right] in words:  # 指针1,2都指向元音
                l[left], l[right] = l[right], l[left]
                left += 1
                right -= 1
            elif l[left] not in words:  # 指针1没有指向元音，指针2指向元音
                left += 1
            elif l[right] not in words:  # 指针2没有指向元音，指针1指向元音
                right -= 1

        return "".join(l)

680. 验证回文字符串 Ⅱ（Easy）??

给定一个非空字符串?s，最多删除一个字符。判断是否能成为回文字符串。

示例 1:

输入: "aba"
输出: True

示例 2:

输入: "abca"
输出: True
解释: 你可以删除c字符。

注意:
字符串只包含从 a-z 的小写字母。字符串的最大长度是50000。

解题思路：
本题是9. 回文数的升级版，即给回文字符串一次机会，注意这个机会存在两种情况，具体情况如下：

• 回文字符串采用双指针的思想，指针1从左向右扫描移动，指针2从右向左扫描移动，判断指针1和指针2的值是否相等，相等则，指针1右移一格，指针2左移一格，否则给一次机会，即删除一个字符
  • 指针2不动，指针1右移一格，继续上面的步骤，直到指针相遇
  • 指针1不动，指针2左移一个，继续上面的步骤，直到指针相遇

官方说明：贪心算法，即当左右指针相等，此时验证就是去头去尾后的字符串，保证它为回文，则整个字符串就是回文，依次递减。

代码实现：

class Solution:
    def validPalindrome(self, s: str) -> bool:
        left = 0
        right = len(s) - 1
        while left < right:
            if s[left] == s[right]:
                left += 1
                right -= 1
            else:
                return self.compare(s, left + 1, right) or self.compare(s, left, right - 1) # 删除一个元素，左边或右边，剩余的检查是否为回文字符串
        return True

    def compare(self, s, left, right):
        while left < right:
            if s[left] != s[right]:
                return False
            left += 1
            right -= 1
        return True

88. 合并两个有序数组（Easy）??

给你两个有序整数数组?nums1 和 nums2，请你将 nums2 合并到?nums1?中，使 nums1 成为一个有序数组。

说明:

• 初始化?nums1 和 nums2 的元素数量分别为?m 和 n 。
• 你可以假设?nums1?有足够的空间（空间大小大于或等于?m + n）来保存 nums2 中的元素。

示例:

输入:
nums1 = [1,2,3,0,0,0], m = 3
nums2 = [2,5,6],       n = 3

输出:?[1,2,2,3,5,6]

解题思路：
当时看到这个题还是有点懵逼，主要是利用num1，由题意可知nums1有足够空间，采用双指针如下：

• 指针1指向num1结尾元素（此时的结尾就是nums1中真正存在元素的最后一个位置），指针2指向num2结尾元素
• 比较指针1元素和指针2元素，谁大，就把当前元素放在num1结尾（此时结尾就是m+n-1）例如：
  • nums1 = [1,2,3,0,0,0]， nums2 = [2,5,6]，指针1=3，指针2=6，6>3，则：
  • nums1 = [1,2,3,0,0,6]， nums2 = [2,5,6]
• 当某个指针移动到数组头部，存在某种情况：
  • 指针1移动到头部，指针2还没，说明剩余nums2的元素小于nums1最小的元素，则把剩余nums2的元素添加到nums1开头
  • 指针2移动头部，不管指针1到没到头部都不管，已经将nums2完整合并到nums1

代码实现：

class Solution:
    def merge(self, nums1: List[int], m: int, nums2: List[int], n: int) -> None:
        """
        Do not return anything, modify nums1 in-place instead.
        """
        p1 = m - 1
        p2 = n - 1
        k = m + n - 1
        while p1 >= 0 and p2 >= 0:
            if nums1[p1] > nums2[p2]:
                nums1[k] = nums1[p1] # nums1>nums2,将nums1当前元素添加在末尾
                p1 -= 1
            else:
                nums1[k] = nums2[p2] # nums2>nums1,将nums2当前元素添加在末尾 
                p2 -= 1
            k -= 1 # 每添加一个末尾游标减一
        nums1[:p2+1] = nums2[:p2+1]  # 将剩余的nums2元素添加在nums对应位置（一般为头部）

141. 环形链表（Easy）??

给定一个链表，判断链表中是否有环。
为了表示给定链表中的环，我们使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置（索引从 0 开始）。 如果 pos 是 -1，则在该链表中没有环。

示例 1：

输入：head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出：true
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。

解题思路：
这个题目用了一个很巧妙的方法，就像是脑筋急转弯，主要利用双指针+快慢指针:

• 双指针即指针1指向第一个节点，指针2指向第二个节点，并且让指针1每次移动一格，指针2每次移动2格，就是所谓的快慢指针。
• 结合本题判断链表是否有环，因为指针2在前并且步长大，如果没有环指针2肯定优先到达链表末尾，结束判断，即结果是无环。如果链表有环，由于指针2比指针1跑的快，所以在某一节点指针2必定追上指针1与其相遇，即结果有环。

代码实现：

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, x):
#         self.val = x
#         self.next = None

class Solution:
    def hasCycle(self, head: ListNode) -> bool:
        if(head == None or head.next == None):
            return False
        slow = head # 慢指针
        quick = head.next # 快指针
        while quick != None and quick.next != None: # 判断当前快指针和快指针下一个（防止溢出）是否走到链表尾部
            if quick == slow: # 快慢相遇
                return True
            slow = slow.next  # 慢指针指向下一个
            quick = quick.next.next # 快指针指向下下个
        return False

524. 通过删除字母匹配到字典里最长单词（Medium）??

给定一个字符串和一个字符串字典，找到字典里面最长的字符串，该字符串可以通过删除给定字符串的某些字符来得到。如果答案不止一个，返回长度最长且字典顺序最小的字符串。如果答案不存在，则返回空字符串。

示例 1:

输入:
s = "abpcplea", d = ["ale","apple","monkey","plea"]
输出: 
"apple"

题意：

1. 把s字符串中某些字符删除等到的字符串存在于d数组中，即找出d数组中s的子串
2. 存在多个子串，找出最长的那一个
3. 存在多个子串，长度最长且相等，选出按字典顺序靠前的那一个

解题思路：

• 把列表字符按照长度和字典顺序排序
• 遍历排序后的数组，判断是不是s的子串
• 利用双指针，指针1指向s，指针2指向当前遍历的字符串，当指针1元素与指针2元素相等，指针同时往后移，当元素不等时，指针1往后移，指针2不动，直到指针2移动到结尾且指针1没有走完，表示是子串，若指针1走到了结尾，指针2还没有走到结尾，表示未在s中找到当前遍历的字符串，即不是子串。

代码实现：

class Solution:
    def findLongestWord(self, s: str, d: List[str]) -> str:
        d.sort(key=lambda x: [-len(x), x]) # 排序，规则：长的靠前，相同长度按照字典顺序
        for item in d:
            i = 0
            j = 0
            while i < len(item) and j < len(s): # 判断某一个串是否到达结尾
                if item[i] == s[j]: # 相同，子串指针加一
                    i += 1
                j += 1 # 主串指针始终加一
            if len(item) == i: # 找到子串，由于已经是有序的即直接返回
                return item
        return ""