LeetCode—75.颜色分类(Sort Colors)——分析及代码（C++）

一、题目

给定一个包含红色、白色和蓝色，一共 n 个元素的数组，原地对它们进行排序，使得相同颜色的元素相邻，并按照红色、白色、蓝色顺序排列。
此题中，我们使用整数 0、 1 和 2 分别表示红色、白色和蓝色。

注意:
不能使用代码库中的排序函数来解决这道题。

示例:

输入: [2,0,2,1,1,0]
输出: [0,0,1,1,2,2]

进阶：

一个直观的解决方案是使用计数排序的两趟扫描算法。
首先，迭代计算出0、1 和 2 元素的个数，然后按照0、1、2的排序，重写当前数组。
你能想出一个仅使用常数空间的一趟扫描算法吗？

来源：力扣（LeetCode）
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二、分析及代码

1. 扫描计数

（1）思路

即题中直接提示的算法，首先，迭代计算出0、1 和 2 元素的个数，然后按照0、1、2的排序，重写当前数组。

（2）代码

class Solution {
public:
    void sortColors(vector<int>& nums) {
        int size = nums.size();
        int c0 = 0, c1 = 0, c2 = 0;
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            switch (nums[i]) {
                case 0: 
                    c0++;
                    break;
                case 1:
                    c1++;
                    break;
                case 2:
                    c2++;
                    break;
            }
        }
        for (int i = 0; i < c0; i++)
            nums[i] = 0;
        for (int i = c0; i < c0 + c1; i++)
            nums[i] = 1;
        for (int i = c0 + c1; i < size; i++)
            nums[i] = 2;
        return;
    }
};

（3）结果

执行用时 ：8 ms, 在所有 C++ 提交中击败了 56.20% 的用户；
内存消耗 ：8.5 MB, 在所有 C++ 提交中击败了 67.50% 的用户。

2. 双指针交换

（1）思路

除遍历的下标 i 外，设计左右指针 l、r ，分别记录当前已排序的 0 右端位置 和 2 左端位置。
遍历过程中有3种情况：
1）下一个数是0：与 l 交换，l++，i++（如果此时 i > l，则 l 对应的一定是1；如果 i = l，相当于直接移动指针）；
2）下一个数是1：i++，无需额外处理；
3）下一个数是2：与 r 交换，r–，由于交换来的可能是 0、1或2，i 不能 ++。

（2）代码

class Solution {
public:
    void sortColors(vector<int>& nums) {
        int l = 0, r = nums.size() - 1, i = 0;
        while (i < r + 1) {
            if (nums[i] == 0)
                swap(nums[i++], nums[l++]);
            else if (nums[i] == 1)
                i++;
            else
                swap(nums[i], nums[r--]);
            // while (l < r && nums[r] == 2)//优化效果不显著
            //     r--;
        }
        return;
    }
};

（3）结果

执行用时 ：4 ms, 在所有 C++ 提交中击败了 90.02% 的用户；
内存消耗 ：8.5 MB, 在所有 C++ 提交中击败了 68.59% 的用户。

三、其他

if…else… 效率高于 switch…case…，但多分支时实现不如switch简洁。