数组,链表,哈希表

代码随想录学习笔记—数组,链表,哈希表

目录

  • 代码随想录学习笔记—数组,链表,哈希表
    • 一.数组
      • 1.理论
      • 2. 二分查找
      • 3.移除元素
      • 4.[ 有序数组的平方](https://leetcode-cn.com/problems/squares-of-a-sorted-array/)
      • 5.[长度最小的子数组](https://leetcode-cn.com/problems/minimum-size-subarray-sum/)
      • 6.[螺旋矩阵 II](https://leetcode-cn.com/problems/spiral-matrix-ii/)
    • 二.链表
      • 1.理论
      • 2.[反转链表](https://leetcode-cn.com/problems/reverse-linked-list/)
      • 3.[删除链表的倒数第 N 个结点](https://leetcode-cn.com/problems/remove-nth-node-from-end-of-list/)
      • 4.[链表相交](https://leetcode-cn.com/problems/intersection-of-two-linked-lists-lcci/)
      • 5.[环形链表 II](https://leetcode-cn.com/problems/linked-list-cycle-ii/)
    • 三.哈希表
      • 1.理论
      • 2. [有效的字母异位词](https://leetcode-cn.com/problems/valid-anagram/)
      • 3.[两个数组的交集](https://leetcode-cn.com/problems/intersection-of-two-arrays/)
      • 4.[快乐数](https://leetcode-cn.com/problems/happy-number/)
      • 5.[两数之和](https://leetcode-cn.com/problems/two-sum/)
      • 6.[四数相加 II](https://leetcode-cn.com/problems/4sum-ii/)
      • 7.[赎金信](https://leetcode-cn.com/problems/ransom-note/)
      • 8.[三数之和](https://leetcode-cn.com/problems/3sum/)
      • 9.[四数之和](https://leetcode-cn.com/problems/4sum/)
      • 10.总结

结合自身需求,主要偏重java

学习地址

一.数组

1.理论

  • 数组是存放在连续内存空间上的相同类型数据的集合。
  • 数组下标都是从0开始的。
  • 数组内存空间的地址是连续的。
  • java内存图:

数组,链表,哈希表_第1张图片

2. 二分查找

二分查找也称折半查找(Binary Search),是一个高效的查找算法。

首先,假设数组中的元素是按升序排列;

将数组中间位置记录的元素值与要查找的元素值比较,如果两者相等,则查找成功;

否则利用中间位置的记录将数组分成前、后两个子数组;

如果中间位置记录的元素值大于要查找元素值,则进一步查找前一子数组,否则进一步查找后一子数组。

重复以上过程,直到找到满足条件的记录,使查找成功,或直到子表不存在为止,此时查找不成功。


在java的集合对象中也提供了二分查找的算法,如下面的java api接口:

如果返回值>=0 说明存在key,否则不存在该key(不存在返回-(low + 1)

java.util.Arrays.binarySearch(java.lang.Object,java.lang.Object,java.util.Comparator)     
java.util.Arrays.binarySearch(java.lang.Object[], java.lang.Object)

重点:***折半查找要求查询的数组的元素是 1.有序排列的 2.无重复的 *

public class t_binarySearch {
    public static void main(String[] args) {
       int[] a  = new int[]{10,11,23,33,45,50,60,65};
        int i = Arrays.binarySearch(a, 20);
        System.out.println("索引下标是"+i);
        //索引下标是-3
    }
}
public static void main(String[] args) {
       int[] a  = new int[]{10,11,23,33,45,50,60,65};
        int i = Arrays.binarySearch(a, 11);
        System.out.println("索引下标是"+i);
    	//索引下标是1
    }

3.移除元素

双指针法(快慢指针法)在数组和链表的操作中是非常常见的,很多考察数组、链表、字符串等操作的面试题,都使用双指针法。

本题的理解:快指针是在前面进行预先处理的,慢指针保存我们最后需要的结果

class Solution {
    public int removeElement(int[] nums, int val) {

        // 快慢指针
        int fastIndex = 0;
        int slowIndex;
        for (slowIndex = 0; fastIndex < nums.length; fastIndex++) 		{
            if (nums[fastIndex] != val) {
                nums[slowIndex] = nums[fastIndex];
                slowIndex++;
            }
        }
        return slowIndex;

    }
}

例题1:283. 移动零

class Solution {
    public void moveZeroes(int[] nums) {
        int fastIndex;
        int slowIndex=0;
        int c=0;
        for(fastIndex = 0; fastIndex<nums.length;fastIndex++){
            if(nums[fastIndex] != 0){
            nums[slowIndex]=nums[fastIndex];
            slowIndex++;
            c++;
            }
        }
        for(int i=c;i<nums.length;i++){
            nums[i]=0;
        }
        System.out.print(nums);
    }
}

先移动不是0的元素在前面,后面的补零即可。

4. 有序数组的平方

给你一个按 非递减顺序 排序的整数数组 nums,返回 每个数字的平方 组成的新数组,要求也按 非递减顺序 排序。

解读:给你一个递增序列,返回每个元素平方后的递增序列。

java.api暴力解答:

import java.util.Arrays;
class Solution {
    public int[] sortedSquares(int[] nums) {
        int n=nums.length;
        for(int i=0;i<n;i++){
            nums[i]=nums[i]*nums[i];
        }
        Arrays.sort(nums);
       return nums;
    }
}

image-20220115112659380

观察最大值每次存在左右两端。

数组,链表,哈希表_第2张图片

使用双指针

import java.util.Arrays;
class Solution {
    public int[] sortedSquares(int[] nums) {
        int right=nums.length-1;
        int left=0;
        //每次比较两端的值 放入数组的最后
        int[] ints=new int[nums.length];
        int wz=nums.length;
        while(left<=right){
            if(nums[left]*nums[left]>nums[right]*nums[right]){
                ints[--wz]=nums[left]*nums[left];
                left++;
            }else{
                ints[--wz]=nums[right]*nums[right];
                right--;
            }
        }
        return ints;
    }
}

5.长度最小的子数组

给定一个含有 n 个正整数的数组和一个正整数 s ,找出该数组中满足其和 ≥ s 的长度最小的 连续 子数组,并返回其长度。如果不存在符合条件的子数组,返回 0。

示例:

输入:s = 7, nums = [2,3,1,2,4,3] 输出:2 解释:子数组 [4,3] 是该条件下的长度最小的子数组。

无论是暴力还是使用“滑动窗口”(双指针的方法)都是为了确定子序列的起始位置和结束位置

暴力:

class Solution {
    public int minSubArrayLen(int target, int[] nums) {
        int qswz=0;
        int jswz=0;
        int sum=0;
        int jg=Integer.MAX_VALUE;
        for(;qswz<nums.length;qswz++){
            sum=0;
            for(jswz=qswz;jswz<nums.length;jswz++){
                sum+=nums[jswz];
                while(sum>=target){
                    jg=Math.min((jswz-qswz+1),jg);
                    break;
                }
            }
        }
        return jg == Integer.MAX_VALUE ? 0 : jg;
    
    }
}

就是从每一个位置开始先后计算到满足条件后跳出。

所谓滑动窗口,就是不断的调节子序列的起始位置和终止位置,从而得出我们要想的结果

class Solution {
    public int minSubArrayLen(int target, int[] nums) {
        int qswz=0;
        int jswz=0;
        int sum=0;
        int jg=Integer.MAX_VALUE;
        for(jswz=0;jswz<nums.length;jswz++){
            sum+=nums[jswz];
           while(sum>=target){
               int l=jswz-qswz+1;
               jg=Math.min(l,jg);
               sum-=nums[qswz];
               qswz++;
           }
        }
        return jg == Integer.MAX_VALUE ? 0 : jg;
    }
}

理解:当子序列和大于等于 值 时就减去前面的,增加起始位置,子序列和小于时就加后面的元素,增加结束位置。一个循环解决问题。

6.螺旋矩阵 II

n=3,4和5 为例.

数组,链表,哈希表_第3张图片

数组,链表,哈希表_第4张图片数组,链表,哈希表_第5张图片

本题在于找到合适的模拟过程;

分析:

  • 一圈一圈的转 转一圈减少2行和两列;n=3,转1圈,n=4,5,转2圈;

圈数=n/2;

  • n=5,每一行一列走4个 碰到拐角停止 每次走n-1个,走4次。刚好走完一圈。

  • 第二圈 改变起始位置,每次走n-3个 如果n-3=0 说明到最后一个了

  • 第三圈 改变起始位置,每次走n-5个 如果n-5=0 说明到最后一个了 <0 说明走完了

class Solution {
    public int[][] generateMatrix(int n) {
        int[][] ints =new int[n][n];
        int num=1;
        int qs=n/2;
        int startX=0;
        int startY=0;
        int zodeshu=n-1;
        for(int i =0;i<qs;i++){
            for(int j=0;j<zodeshu;j++){
                ints[startX][startY+j]=num++;
            }
            for(int z=0;z<zodeshu;z++){
                ints[startX+z][startY+zodeshu]=num++;
            }
            for(int z=0;z<zodeshu;z++){
                ints[startX+zodeshu][startY+zodeshu-z]=num++;
            }
            for(int z=0;z<zodeshu;z++){
                ints[startX+zodeshu-z][startY]=num++;
            }

        zodeshu=zodeshu-2;
        startX++;
        startY++;
        }
        if(n%2 == 1){
            ints[n/2][n/2]=num;
        }
        return ints;
    }
}

与教程中大致相同。

二.链表

1.理论

  • 单链表

  • 双链表

  • 循环链表

  • 虚拟头结点

    链表的一大问题就是操作当前节点必须要找前一个节点才能操作。这就造成了,头结点的尴尬,因为头结点没有前一个节点了。

    因为本次针对Java来学习。java中有大量的链表API 因此 有一部分略过。

2.反转链表

双指针法 与 递归法思想一致

class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode pre = null;
        ListNode cur = head;
        while (cur!=null){
            ListNode temp=cur.next;
            cur.next=pre;
            pre=cur;
            cur =temp;
        }
        return pre;
    }
}

temp 保存cur后面的 防止改动cur指针后丢失后面的。

3.删除链表的倒数第 N 个结点

class Solution {
    public ListNode removeNthFromEnd(ListNode head, int n) {
        ListNode dummy =new ListNode(0,head);
        ListNode cur= head;
        ListNode pre = dummy;
        if(head.next==null && n==1){
            return null;
        }   
        for(int i=0; i<n;i++){
            cur=cur.next;
        }
        while(cur!=null){
        
            cur=cur.next;
            pre=pre.next;
        }
        pre.next=pre.next.next;
        return dummy.next;
    }
}

双指针的经典应用,如果要删除倒数第n个节点,让fast移动n步,然后让fast和slow同时移动,直到fast指向链表末尾。删掉slow所指向的节点就可以了。

梳理:

  • 控制好 pre 和 cur 保持的距离和n的关系,确保能删除倒是第n的

  • 考虑 使用虚拟头结点 可能会删除真头结点

  • 考虑 只有一个结点并要删除

4.链表相交

public class Solution {
    public ListNode getIntersectionNode(ListNode headA, ListNode headB) {
        int la=0;
        int lb=0;
        ListNode re=null;
        ListNode pa=headA;
        ListNode pb=headB;
        while(pa!=null){
            pa=pa.next;
            la++;
        }
        while(pb!=null){
            pb=pb.next;
            lb++;
        }
        if(la>lb){
        int cha=la-lb;
         pa=headA;
         pb=headB;
        while(cha-->0){
            pa=pa.next;
        }
        while(pb!=pa){
            pb=pb.next;
            pa=pa.next; 
        }
        re=pa;
        }
        if(la<=lb){
        int cha=lb-la;
         pa=headA;
         pb=headB;
        while(cha-->0){
            pb=pb.next;
        }
        while(pb!=pa){
            pb=pb.next;
            pa=pa.next;  
        }
        re=pa;
        }
        return re;
    }
}

梳理:

  • 主要可以想到后面的如果想交个数总是相同的;

    根据个数的差值来来跳过一部分, 寻找后面可能相交的

5.环形链表 II

先使用快慢指针来确定是不是有环,和确定相遇的位置。再使用相遇位置和起始位置确定环的入口。

public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        ListNode slow = head;
        ListNode fast = head;
        while (fast != null && fast.next != null) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
            if (slow == fast) {// 有环
                ListNode index1 = fast;
                ListNode index2 = head;
                // 两个指针,从头结点和相遇结点,各走一步,直到相遇,相遇点即为环入口
                while (index1 != index2) {
                    index1 = index1.next;
                    index2 = index2.next;
                }
                return index1;
            }
        }
        return null;
    }
}

三.哈希表

1.理论

2. 有效的字母异位词

class Solution {
    public boolean isAnagram(String s, String t) {
		  boolean bool=true;
	        int[] r =new int[26];
	        char[] ss=s.toCharArray();
	        char[] tt=t.toCharArray();
	        for (int i = 0; i < tt.length; i++) {
				char c = tt[i];
				r[c-'a']++;
			}
	        for (int i = 0; i < ss.length; i++) {
				char c = ss[i];
				r[c-'a']--;
			}
	        for (int i = 0; i < r.length; i++) {
				if (r[i]!=0) {
					bool=false;
				}
			}
	        return bool;
	    }
}

哈希的应用:把 每一个字母 对应 数组中每一个位置。位置是数是字母的个数。

时间复杂度降到了O(n)。

3.两个数组的交集

计算数组的交集 数组里有重复的元素, 放入hashset 去除重复元素 然后遍历第二个数组 是否包含在set里 如果包含就加入结果数组中;

实际写代码调试的时候发现 两个数组都要去除重复元素,因为在确定返回数组的个数时,遍历第二个数组 是否包含在set里时会重复计算相同元素

class Solution {
  public int[] intersection(int[] nums1, int[] nums2) {
		int[] re =null;
		int count=0;
		
		Set<Integer> set1 = new HashSet<Integer>();
		Set<Integer> set2 = new HashSet<Integer>();
		
        for (int i = 0; i < nums1.length; i++) {
			set1.add(nums1[i]);
		}
        for (int i = 0; i < nums2.length; i++) {
			set2.add(nums2[i]);
		}
        for (Integer i:set2) {
			if (set1.contains(i)) {
				count++;
			}
		}
        re=new int[count];
        count=0;
        for (Integer i:set2) {
			if (set1.contains(i)) {
				re[count]=i;
                count++;
			}
		} 
        return re;
    }
}

我的题解属于暴力算法 两个数组去重后 遍历两次,一次确定重复的个数,一个添加进放回的数组。

4.快乐数

重点:题目中说了会 无限循环,那么也就是说求和的过程中,sum会重复出现

判断重复出现要使用set

class Solution {
     public boolean isHappy(int n) {
	   Set<Integer> set = new HashSet<Integer>(); 
	   while(!set.contains(n)) {
            set.add(n);
            n= nextN(n);
		    if (n==1) {
			return true;
		    }   
	   }
	   return false;
	 }
	 
	 public int nextN(int n) {
		 int re=0;
		 while(n > 0) {
			 int a = n%10;
			 n=n/10;
			 re+=a*a;
		 }
	        return re;
	}
}

5.两数之和

242. 有效的字母异位词 (opens new window)这道题目是用数组作为哈希表来解决哈希问题,349. 两个数组的交集 (opens new window)这道题目是通过set作为哈希表来解决哈希问题。

本题呢,则要使用map,那么来看一下使用数组和set来做哈希法的局限。

  • 数组的大小是受限制的,而且如果元素很少,而哈希值太大会造成内存空间的浪费。
  • set是一个集合,里面放的元素只能是一个key,而两数之和这道题目,不仅要判断y是否存在而且还要记录y的下标位置,因为要返回x 和 y的下标。所以set 也不能用。

此时就要选择另一种数据结构:map ,map是一种key value的存储结构,可以用key保存数值,用value在保存数值所在的下标。

class Solution {
     public int[] twoSum(int[] nums, int target) {
        int[] ints = new int[]{-1,-1};
        HashMap<Integer, Integer> hashMap = new HashMap<>();
        for (int i=0;i<nums.length;i++){
            int a=target-nums[i];
            if (hashMap.containsKey(a)){
              ints=new int[]{hashMap.get(a),i};
            }
            hashMap.put(nums[i],i);
        }
        return ints;
    }
}

两个数相加 符合条件的 一定是一个在前 一个在后,并且同一个元素不能使用两遍。所有要先判断前面是不是有需要的,没有的话再把它加进去,

我们想要的这两个数 在循环中会都会经过。前面的是加进去的,后面的确认。 两个数一前一后 后面的肯定很找到前面的。

6.四数相加 II

class Solution {
    public int fourSumCount(int[] nums1, int[] nums2, int[] nums3, int[] nums4) {
		int re=0;
		HashMap<Integer, Integer> map1=new HashMap<Integer, Integer>();
		for (int i = 0; i < nums1.length; i++) {
			for (int j = 0; j < nums2.length; j++) {
				if (map1.containsKey(nums1[i]+nums2[j])) {
					map1.put(nums1[i]+nums2[j],map1.get(nums1[i]+nums2[j])+1);
				}else {
					map1.put(nums1[i]+nums2[j],1);
				}
				
			}
		}
		for (int i = 0; i < nums3.length; i++) {
			for (int j = 0; j < nums4.length; j++) {
				if (map1.containsKey(0-(nums3[i]+nums4[j]))) {
					re+=map1.get(0-(nums3[i]+nums4[j]));
				}
				
			}
		}
		return re;
    }
}

两重循环把两个数组 和 的所有可能值和个数 统计一遍。

再来两重循环 把剩余两个数组 和的所有可能的值 匹配一次

数组,链表,哈希表_第6张图片

7.赎金信

class Solution {
    public boolean canConstruct(String ransomNote, String magazine) {
        int[] arr =new int[26];
        for(char c :magazine.toCharArray()) {
        	arr[c-'a']++;
        }
        for(char c :ransomNote.toCharArray()) {
        	arr[c-'a']--;
        	
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
			if (arr[i]<0) {
				return false;
			}
		}
        return true ;
    }
}

与 2. [有效的字母异位词] 相似 利用数组作为哈希表来解决问题

arr[i]<0 时说明ransomnote里的字母在magazine没有或不够。

8.三数之和

双指针法,使用的是map的包含方法。

如果使用双指针一定是可以排序的数组,排序后不影响结果的题目

两数之和 如果使用双指针,排序后索引改变,影响返回结果;

public class LK015 {
	public List<List<Integer>> threeSum(int[] nums) {
        List<List<Integer>> result = new ArrayList<>();
        Arrays.sort(nums);

        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            if (nums[i] > 0) {
            	//满足条件,说明后面的都是大于0的,相加不可能是0
                //这个if 可以省略
                return result;
            }

            if (i > 0 && nums[i] == nums[i - 1]) {
            	//如果它和前面的数一样。那么最后放回的值一样  可以跳过。主要是达到去重,完成题目要求;
                continue;
            }

            int left = i + 1;
            int right = nums.length - 1;
            while (right > left) {
                int sum = nums[i] + nums[left] + nums[right];
                if (sum > 0) {
                    right--;
                } else if (sum < 0) {
                    left++;
                } else {
                    result.add(Arrays.asList(nums[i], nums[left], nums[right]));
                    //去除重复
                    while (right > left && nums[right] == nums[right - 1]) right--;
                    while (right > left && nums[left] == nums[left + 1]) left++;
                    
                    right--; 
                    left++;
                }
            } 
        }
        return result;
    }
}

9.四数之和

数组,链表,哈希表_第7张图片

class Solution {
    public List<List<Integer>> fourSum(int[] nums, int target) {

		List<List<Integer>> list = new ArrayList<List<Integer>>();
        Arrays.sort(nums);
		 for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
			if (i>0  && nums[i]== nums[i-1]) {
				 continue;
			}
			for (int j = i+1; j < nums.length; j++) {
				//j>i+1 第一个是需要的 如果后面还有是重复的
				if (j>i+1  && nums[j]==nums[j-1]) {
					continue;
				}
				int left=j+1;
				int rigth=nums.length-1;
				
				while(left<rigth) {
					int sum=nums[i]+nums[j]+nums[left]+nums[rigth];
					if (sum>target) {
						rigth--;
					}else if (sum<target) {
						left++;
					}else{
						list.add(Arrays.asList(nums[i],nums[j],nums[left],nums[rigth]));
						//这里记得写:left
						while (left<rigth &&nums[left]==nums[left+1]) {
							left++;
						}
						while (left<rigth && nums[rigth]==nums[rigth-1] ) {
							rigth--;
						}
						left++;
						rigth--;
					}
					
				}
			}
			
		}
       return list; 
    }
}

image-20220121193806281案例思考:

10.总结

  • 数组:2,7
  • set:3,4
  • map:5,6
  • 双指针:8,9

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