LeetCode 75. 颜色分类 Sort Colors

3-5 三路快排partition思路的应用 Sort Colors

题目: LeetCode 75. 颜色分类

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？

// 75. Sort Colors
// https://leetcode.com/problems/sort-colors/description/
//
// 计数排序的思路
// 对整个数组遍历了两遍
// 时间复杂度: O(n)
// 空间复杂度: O(k), k为元素的取值范围
public class Solution1 {

    public void sortColors(int[] nums) {

        int[] count = {0, 0, 0};    // 存放0, 1, 2三个元素的频率
        for(int i = 0 ; i < nums.length ; i ++){
            assert nums[i] >= 0 && nums[i] <= 2;
            count[nums[i]] ++;
        }

        int index = 0;
        for(int i = 0 ; i < count[0] ; i ++)
            nums[index++] = 0;
        for(int i = 0 ; i < count[1] ; i ++)
            nums[index++] = 1;
        for(int i = 0 ; i < count[2] ; i ++)
            nums[index++] = 2;

        // 小练习: 自学编写计数排序算法
    }

    public static void printArr(int[] nums){
        for(int num: nums)
            System.out.print(num + " ");
        System.out.println();
    }

    public static void main(String[] args) {

        int[] nums = {2, 2, 2, 1, 1, 0};
        (new Solution1()).sortColors(nums);
        printArr(nums);
    }
}

// 75. Sort Colors
// https://leetcode.com/problems/sort-colors/description/
//
// 三路快速排序的思想
// 对整个数组只遍历了一遍
// 时间复杂度: O(n)
// 空间复杂度: O(1)
public class Solution2 {

    public void sortColors(int[] nums) {

        int zero = -1;          // [0...zero] == 0
        int two = nums.length;  // [two...n-1] == 2
        for(int i = 0 ; i < two ; ){
            if(nums[i] == 1)
                i ++;
            else if (nums[i] == 2)
                swap(nums, i, --two);
            else{ // nums[i] == 0
                assert nums[i] == 0;
                swap(nums, ++zero, i++);
            }
        }
    }

    private void swap(int[] nums, int i, int j){
        int t = nums[i];
        nums[i]= nums[j];
        nums[j] = t;
    }

    public static void printArr(int[] nums){
        for(int num: nums)
            System.out.print(num + " ");
        System.out.println();
    }

    public static void main(String[] args) {

        int[] nums = {2, 2, 2, 1, 1, 0};
        (new Solution2()).sortColors(nums);
        printArr(nums);
    }
}