【LeetCode热榜100题(一)】

LeetCode热榜100题(一)

1.两数之和

难度(容易)

题目：给定一个整数数组 nums 和一个整数目标值 target，请你在该数组中找出 和为目标值 target 的那 两个 整数，并返回它们的数组下标。

你可以假设每种输入只会对应一个答案。但是，数组中同一个元素在答案里不能重复出现。

你可以按任意顺序返回答案。

示例 1：

输入：nums = [2,7,11,15], target = 9
输出：[0,1]
解释：因为 nums[0] + nums[1] == 9 ，返回 [0, 1] 。

示例 2：

输入：nums = [3,2,4], target = 6
输出：[1,2]

示例 3：

输入：nums = [3,3], target = 6
输出：[0,1]

提示：

• 2 <= nums.length <= 104
• -109 <= nums[i] <= 109
• -109 <= target <= 109
• 只会存在一个有效答案

class Solution {
    public int[] twoSum(int[] nums, int target) {
        Map<Integer,Integer> map = new HashMap<>();
        for (int i = 0;i<nums.length;i++){
            int complement = target-nums[i];
            if(map.containsKey(complement)){
                return new int[]{map.get(complement),i};
            }
            map.put(nums[i],i);
        }
        return null;
    }
}

通过哈希表来解决。遍历一遍数组，将每个元素的值及其下标存入哈希表中，然后再遍历一遍数组，对于每个元素，检查哈希表中是否存在一个键值等于 target 减去当前元素值的元素，如果存在则说明找到了答案，返回当前元素下标及哈希表中相应元素的下标即可。

2.两数相加

难度(中等)

题目：给你两个 非空 的链表，表示两个非负的整数。它们每位数字都是按照 逆序 的方式存储的，并且每个节点只能存储 一位 数字。

请你将两个数相加，并以相同形式返回一个表示和的链表。

你可以假设除了数字 0 之外，这两个数都不会以 0 开头。

示例 1：

输入：l1 = [2,4,3], l2 = [5,6,4]
输出：[7,0,8]
解释：342 + 465 = 807.

示例 2：

输入：l1 = [0], l2 = [0]
输出：[0]

示例 3：

输入：l1 = [9,9,9,9,9,9,9], l2 = [9,9,9,9]
输出：[8,9,9,9,0,0,0,1]

提示：

• 每个链表中的节点数在范围 [1, 100] 内
• 0 <= Node.val <= 9
• 题目数据保证列表表示的数字不含前导零

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode addTwoNumbers(ListNode l1, ListNode l2) {
        ListNode dummyHead = new ListNode(0);
        ListNode p = l1, q = l2, curr = dummyHead;
        int carry = 0;
        while (p != null || q != null) {
            int x = (p != null) ? p.val : 0;
            int y = (q != null) ? q.val : 0;
            int sum = carry + x + y;
            carry = sum / 10;
            curr.next = new ListNode(sum % 10);
            curr = curr.next;
            if (p != null) p = p.next;
            if (q != null) q = q.next;
        }
        if (carry > 0) {
            curr.next = new ListNode(carry);
        }
        return dummyHead.next;
    }
}

这里我们定义了一个ListNode类来表示链表节点，包括一个val属性和一个指向下一个节点的next属性。接下来，我们定义了一个addTwoNumbers方法，该方法接受两个链表l1和l2作为参数，并返回一个新的链表。

首先，我们创建一个虚拟头节点dummyHead，并用三个指针p、q和curr分别指向l1、l2和新链表的尾部。然后，我们使用一个变量carry来记录进位值，并从头到尾遍历两个链表。

在遍历过程中，我们首先获取当前节点的值x和y，并计算它们的和以及进位值。然后，我们将和的个位数插入到新链表的尾部，并将carry更新为和的十位数。接着，我们移动指针p、q和curr到下一个节点。

最后，如果还存在进位值，则将其作为新节点插入到新链表的尾部。

这样，我们就可以得到两个链表数字的相加结果了。

3.无重复字符的最长子串

难度(中等)

题目：给定一个字符串 s ，请你找出其中不含有重复字符的 最长子串 的长度。

示例 1:

输入: s = "abcabcbb"
输出: 3 
解释: 因为无重复字符的最长子串是 "abc"，所以其长度为 3。

示例 2:

输入: s = "bbbbb"
输出: 1
解释: 因为无重复字符的最长子串是 "b"，所以其长度为 1。

示例 3:

输入: s = "pwwkew"
输出: 3
解释: 因为无重复字符的最长子串是 "wke"，所以其长度为 3。
     请注意，你的答案必须是 子串 的长度，"pwke" 是一个子序列，不是子串。

提示：

• 0 <= s.length <= 5 * 104
• s 由英文字母、数字、符号和空格组成

class Solution {
    public int lengthOfLongestSubstring(String s) {
        Set<Character> set = new HashSet<>();
        int n = s.length();
        int ans=0,i=0,j=0;
       while(i<n && j<n){
            if(!set.contains(s.charAt(j))){
                set.add(s.charAt(j++));  //如果set集合中没有该字符,则添加到set集合中,并且将j指针右移一位
                ans = Math.max(ans,j-i);
            }else{
                set.remove(s.charAt(i++)); //否则, 将i指针所指的位置的元素移除后再右移一位
            }
        }
        return ans;
    }
}

//区分i++和++i, 前者是先读到i后再自增一, 后者是先自增一再读到i

这是一道典型的滑动窗口问题。我们可以维护一个窗口，使得窗口中的元素都不重复，并且记录下窗口大小的最大值。

具体实现方法如下：

1. 定义两个指针 i 和 j，分别表示当前窗口的左右边界。
2. 使用 HashSet 存储当前窗口中的元素，如果出现重复元素，则移动左指针，直到窗口中不含有重复元素。
3. 每次移动窗口时，更新窗口大小的最大值。

除了使用 HashSet 来维护当前子串中的不重复字符集合之外，我们还可以使用一个数组来记录每个字符最后一次出现的位置。这样，在遍历字符串时，当遇到重复字符时，我们可以直接跳过该字符前面所有的元素，而无需逐一移动 left（或者i）指针。

以下是Java代码的实现：

Codepublic int lengthOfLongestSubstring(String s) {
    if (s == null || s.length() == 0) {
        return 0;
    }
    int n = s.length();
    int maxLen = 0;
    int[] lastIndex = new int[256];
    Arrays.fill(lastIndex, -1);
    int left = 0, right = 0;
    while (right < n) {
        char c = s.charAt(right);
        if (lastIndex[c] >= left) {
            left = lastIndex[c] + 1;
        }
        lastIndex[c] = right;
        maxLen = Math.max(maxLen, right - left + 1);
        right++;
    }
    return maxLen;
}

该算法的时间复杂度仍然为O(n)，其中n是字符串的长度。它使用了一个数组来存储每个字符最后一次出现的位置，并且用left和right指针表示当前子串的左右边界。算法通过移动right指针来扩展当前子串，同时在保持不重复的前提下尽可能地增加子串长度。当遇到重复字符时，通过移动left指针缩小子串范围以消除重复字符。在整个过程中，算法只需要对每个字符访问一次，因此时间复杂度为线性的。

与之前的算法相比，这个算法可以减少 HashSet 的使用和维护，从而进一步优化空间复杂度。

4.寻找两个正序数组的中位数

难度(困难)

题目：给定两个大小分别为 m 和 n 的正序（从小到大）数组 nums1 和 nums2。请你找出并返回这两个正序数组的 中位数 。

算法的时间复杂度应该为 O(log (m+n)) 。

示例 1：

输入：nums1 = [1,3], nums2 = [2]
输出：2.00000
解释：合并数组 = [1,2,3] ，中位数 2

示例 2：

输入：nums1 = [1,2], nums2 = [3,4]
输出：2.50000
解释：合并数组 = [1,2,3,4] ，中位数 (2 + 3) / 2 = 2.5

提示：

• nums1.length == m
• nums2.length == n
• 0 <= m <= 1000
• 0 <= n <= 1000
• 1 <= m + n <= 2000
• -106 <= nums1[i], nums2[i] <= 106

解法思路：

这道题可以转化为求两个有序数组的第 k 小数。

首先，如果将两个数组合并成一个有序数组，那么中位数就是这个有序数组的中间数。但我们并不需要真正地将两个数组合并，而是模拟这个过程。

假设我们要找到第 k 小数，我们可以分别在两个数组中取出前 k/2 个数进行比较，设为 A 和 B。如果 A[k/2-1] < B[k/2-1]，那么 A 中的前 k/2 个数都不可能是第 k 小数，因为即使把 A 中所有的这些数都加上，它们也不可能超过第 k 小数。因此，我们可以排除 A 数组中的前 k/2 个数，然后继续在剩余的 A 数组和 B 数组中查找第 k-k/2 小数。同理，如果 A[k/2-1] > B[k/2-1]，那么我们可以排除 B 数组中的前 k/2 个数，然后继续在剩余的 A 数组和 B 数组中查找第 k-k/2 小数。

时间复杂度为 O(log(min(m,n)))，其中 m 和 n 分别是两个数组的长度。

把数组最短的放前面, 找出第k小数，只需折半查找前面的数组即可找出中位数， 即第k小数。

class Solution {
    public double findMedianSortedArrays(int[] nums1, int[] nums2) {
    	int m = nums1.length;
    	int n = nums2.length;

    	// 确保 nums1 的长度不大于 nums2 的长度
   	 	if (m > n) {
        	//若nums1长度比num2长度大时,交换两个数组的内容
        	int[] temp = nums1;
        	nums1 = nums2;
        	nums2 = temp;
        	// 交换两个数组的长度信息
        	int tmp = m;
        	m = n;
        	n = tmp;
    	}

    	// 初始化二分查找的上下限和中间点
    	int iMin = 0, iMax = m, halfLen = (m + n + 1) / 2;
    	while (iMin <= iMax) {
        	int i = (iMin + iMax) / 2;  
        	int j = halfLen - i;  

        	// 如果 i 值太小，则需要增加 i 的值
        	if (i < iMax && nums2[j-1] > nums1[i]){
            	iMin = i + 1;
        	}
        	// 如果 i 值太大，则需要减少 i 的值
        	else if (i > iMin && nums1[i-1] > nums2[j]) {
            	iMax = i - 1;
        	}
        	else { // i 值恰当
            	// 计算左半部分的最大值
            	int maxLeft = 0;
            	if (i == 0) { 
                	maxLeft = nums2[j-1]; 
            	}
            	else if (j == 0) { 
                	maxLeft = nums1[i-1]; 
            	}
            	else { 
                	maxLeft = Math.max(nums1[i-1], nums2[j-1]); 
            	}

            	// 如果数组总共有奇数个元素，中位数就是左半部分的最大值
            	if ((m + n) % 2 == 1) { 
                	return maxLeft; 
            	}

            	// 计算右半部分的最小值
            	int minRight = 0;
            	if (i == m) { 
                	minRight = nums2[j]; 
            	}
            	else if (j == n) { 
                	minRight = nums1[i]; 
            	}
            	else { 
                	minRight = Math.min(nums2[j], nums1[i]); 
            	}

            	// 如果数组总共有偶数个元素，中位数是左半部分的最大值和右半部分的最小值的平均值
            	return (maxLeft + minRight) / 2.0;
        	}
    	}
    	return 0.0; // 没有找到中位数，返回 0.0
	}
}

当我们需要在两个已排序的数组中寻找中位数时，可以使用二分查找算法。具体来说，我们可以通过对一个数组进行二分查找，确定其划分位置，然后根据划分位置得到另一个数组的划分位置，从而得到最终的中位数。

假设我们有两个已排序数组 nums1 和 nums2，它们的长度分别为 m 和 n。首先，我们需要确保 nums1 的长度不大于 nums2 的长度，因为这样可以确保左半部分的元素总是不少于右半部分的元素。接着，我们用二分查找在 nums1 中找到一个位置 i，将它作为划分位置，令 nums1[0] 到 nums1[i-1] 为左半部分，nums1[i] 到 nums1[m-1] 为右半部分。为了保证左半部分和右半部分分别包含 (m+n+1)/2 个元素，我们还需要对另一个数组 nums2 进行类似的划分，找到位置 j，并将 nums2[0] 到 nums2[j-1] 划分为左半部分，nums2[j] 到 nums2[n-1] 划分为右半部分。

那么中位数就是 maxLeft 和 minRight 的平均值，其中 maxLeft 表示左半部分的最大值，minRight 表示右半部分的最小值。如果数组总共有奇数个元素，则中位数就是 maxLeft；如果数组总共有偶数个元素，则中位数是 maxLeft 和 minRight 的平均值。因此，我们只需要在二分查找过程中计算出 maxLeft 和 minRight 即可得到最终的中位数。

在实现上，我们可以使用 while 循环来不断缩小 i 值的范围，直到找到恰当的划分位置。具体来说，我们用 iMin 和 iMax 来表示 i 的可能取值的下限和上限，然后对它们进行二分查找。在每次循环中，我们令 i = (iMin + iMax) / 2，并计算出 j = halfLen - i，其中 halfLen = (m + n + 1) / 2 表示左半部分和右半部分总共的元素个数。接着，我们比较 nums1[i] 和 nums2[j-1] 以及 nums1[i-1] 和 nums2[j] 的大小关系，根据比较结果调整 i 的取值范围，直到找到恰当的划分位置。

最后，如果没有找到中位数，则返回 0.0。

5.最长回文子串

难度(中等)
题目： 给你一个字符串 s，找到 s 中最长的回文子串。如果字符串的反序与原始字符串相同，则该字符串称为回文字符串。

示例 1：

• 输入：s = “babad”
• 输出：“bab”

解释：“aba” 同样是符合题意的答案。

示例 2：

• 输入：s = “cbbd”
• 输出：“bb”

提示：

• 1 <= s.length <= 1000
• s 仅由数字和英文字母组成

使用动态规划来解决这个问题。

定义状态：$dp[i][j]$ 表示以$i$开始，以$j$结尾的子串是否为回文串。

状态转移方程：如果 $s[i]=s[j]$ 且 $dp[i+1][j-1]=true$，则 $dp[i][j]=true$。

初始化：单个字符肯定是回文串，即 $dp[i][i]=true$。

最终找到最长的回文子串就是$s$ 中所有 $dp[i][j]=true$ 的子串中长度最长者。

时间复杂度为$O(n^2)$，空间复杂度也是$O(n^2)$。

方法一: 动态规划实现，以下是Java代码实现：

class Solution {
    public String longestPalindrome(String s) {
        int n = s.length();
        boolean[][] dp = new boolean[n][n];
        String res ="";
        for(int i = n-1; i>=0; i--){
            for(int j=i; j<n; j++){
                dp[i][j] = s.charAt(i) == s.charAt(j) && (j-i<2||dp[i+1][j-1]);
                if(dp[i][j]&&j-i+1>res.length()){
                    res = s.substring(i,j+1); //用于截取字符串中指定位置的子字符串,顾头不顾腚,截取i到j之间的字符
                }
            }
        }
        return res;

    }
}

其中 dp[i][j] 表示 s 中从 i 到 j 是否为回文子串，初始化为 false。状态转移方程为：当 s[i] == s[j] 时，如果子串 s[i+1…j-1] 是回文子串，那么 s[i…j] 肯定也是回文子串。边界条件为单个字符肯定是回文子串。

最后在更新 dp 数组的同时记录最长的回文子串，返回即可。

方法二: 中心扩展算法

public String longestPalindrome(String s) {
    if (s == null || s.length() < 1) {
        return "";
    }
    
    int start = 0;
    int end = 0;
    for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
        int len1 = expandAroundCenter(s, i, i);
        int len2 = expandAroundCenter(s, i, i + 1);
        int len = Math.max(len1, len2);
        if (len > end - start) {
            start = i - (len - 1) / 2;
            end = i + len / 2;
        }
    }
    return s.substring(start, end + 1);
}

private int expandAroundCenter(String s, int left, int right) {
    int L = left;
    int R = right;
    while (L >= 0 && R < s.length() && s.charAt(L) == s.charAt(R)) {
        L--;
        R++;
    }
    return R - L - 1;
}

该算法的时间复杂度为$O(n^2)$，其中 $n$ 是字符串的长度。

1. 首先检查输入字符串是否为空，如果为空，则返回空字符串。
2. 初始化两个指针 start 和 end，用于记录当前最长回文子串的起始位置和结束位置。
3. 对于字符串 s 的每个位置 i，分别以 i 为中心或者以 i 和 i+1 为中心进行回文扩展（调用 expandAroundCenter 方法）。其中，expandAroundCenter 方法会向左右两侧依次扩展，直到遇到不同字符为止，返回扩展的长度。
4. 取两种扩展方式中的最大值 len，如果 len 大于当前最长回文子串的长度 end-start，则更新 start 和 end 的值。
5. 最后，返回从 start 到 end 的子串，即为最长回文子串。
6. expandAroundCenter 方法实现了向左右两侧扩展的逻辑。它接受三个参数：字符串 s、左右两个指针 left 和 right。在循环中，首先判断左右两侧的字符是否相等，如果相等则向左右两侧扩展；否则循环终止。返回扩展的长度 R-L-1。

与动态规划算法相比，这段代码的时间复杂度为 $O(n^2)$，空间复杂度为 $O(1)$。而动态规划算法的时间复杂度也是 $O(n^2)$，但空间复杂度为 $O(n^2)$。因此，这段代码在空间上更节省，并且常数项较小，实际运行速度可能会更快。

此外，这段代码的思路简单明了，易于理解和实现。动态规划算法对于初学者来说可能会比较难以理解，需要一定的数学知识作为基础。因此，如果只是为了解决求最长回文子串这个具体问题，使用这段代码实现更为方便。

方法三: 使用 Manacher 算法来优化时间复杂度，该算法的时间复杂度为$O(n)$，其中 $n$ 是字符串的长度。

class Solution {
    public String longestPalindrome(String s) {
        if (s == null || s.length() < 1) {
            return "";
        }

        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            sb.append("#").append(s.charAt(i));
        }
        sb.append("#");

        String str = sb.toString();
        int[] p = new int[str.length()];
        int center = 0;
        int maxRight = 0;
        int maxLen = 0;
        int start = 0;

        for (int i = 1; i < str.length() - 1; i++) {
            if (i < maxRight) {
                p[i] = Math.min(maxRight - i, p[2 * center - i]);
            }
            // while (str.charAt(i + p[i] + 1) == str.charAt(i - p[i] - 1)) {
            //     p[i]++;
            // }
            while (i + p[i] + 1 < str.length() 
            && i - p[i] - 1 >= 0 && str.charAt(i + p[i] + 1) == str.charAt(i - p[i] - 1)) {
        p[i]++;
            }
            if (i + p[i] > maxRight) {
                center = i;
                maxRight = i + p[i];
            }
            if (p[i] > maxLen) {
                maxLen = p[i];
                start = (i - maxLen) / 2;
            }
        }
        return s.substring(start, start + maxLen);
    }
}

Manacher 算法，它是一个时间复杂度为 O(n) 的算法，比动态规划和中心扩展算法更快。下面是具体说明：

1. 对于输入字符串 s，首先将每个字符之间都插入一个特殊符号（如 #），这样可以保证字符串长度为奇数，方便后续处理。
2. 定义一个数组 p，用于记录以每个字符为中心的最长回文半径。
3. 定义三个变量 center、maxRight 和 maxLen，分别表示当前已知的最长回文子串的中心位置、右边界位置和长度。同时，定义变量 start 用于记录最长回文子串的起始位置。
4. 从左向右遍历字符串 str，对于每个字符 i，首先判断是否在已知最长回文子串的范围内。如果是，则利用对称性计算出以 i 为中心的回文半径；否则直接暴力扩展。
5. 如果以 i 为中心的回文子串的右边界超过了已知最长回文子串的右边界，就更新中心位置和右边界。
6. 每次更新完以 i 为中心的回文子串的信息，就更新最长回文子串的信息。
7. 最后返回 s 中从起始位置 start 长度为 maxLen 的子串即可。

相较于中心扩展算法，Manacher 算法的时间复杂度更低，且较为简洁。这段代码实现了一个更优化的算法用于求解最长回文子串问题。