LeetCode--18.四数之和

给你一个由 n 个整数组成的数组 nums ，和一个目标值 target 。请你找出并返回满足下述全部条件且不重复的四元组 [nums[a], nums[b], nums[c], nums[d]] （若两个四元组元素一一对应，则认为两个四元组重复）：

• 0 <= a, b, c, d < n
• a、b、c 和 d 互不相同
• nums[a] + nums[b] + nums[c] + nums[d] == target

你可以按 任意顺序 返回答案 。

示例 1：

输入：nums = [1,0,-1,0,-2,2], target = 0
输出：[[-2,-1,1,2],[-2,0,0,2],[-1,0,0,1]]

示例 2：

输入：nums = [2,2,2,2,2], target = 8
输出：[[2,2,2,2]]

提示：

• 1 <= nums.length <= 200
• -109 <= nums[i] <= 109
• -109 <= target <= 109

1、排序 + 两层枚举 + 双指针

基本思路其实跟我三数之和的思路是一样的，先排序数组，然后主要是用两层枚举来枚举前两个数，然后后两个数用双指针来查找

时间：O(N3)，主要是两层枚举加双指针的查找，另外排序是O(nlogn)，合计是N3

空间：O(logn)，主要是数组排序开销

详细注释会写在代码里面

python：

class Solution:
    def fourSum(self, nums: List[int], target: int) -> List[List[int]]:
        n = len(nums)
        # 排序
        nums.sort()
        # 存储结果
        ans = []
        # 如果数组元素不足4个，一定没有满足条件的四元组，直接返回结果空数组
        if n < 4:
            return ans
        # 枚举第一个数，只用枚举到倒数第四个数即可
        for i in range(n-3):
            # 如果相邻数重复则直接进入下一轮循环
            if i > 0 and nums[i] == nums[i - 1]:
                continue
            # 连续的四个数之和大于目标值，那么结束循环，因为找不到这样的四元组满足条件
            if nums[i] + nums[i + 1] + nums[i + 2] + nums[i + 3] > target:
                break
            # 如果当前遍历的元素和最后三个数之和(最大的三个数)加起来都小于目标值，那么跳出本轮循环
            if nums[i] + nums[n - 3] + nums[n - 2] + nums[n - 1] < target:
                continue
            # 开始枚举第二个数，从i+1开始枚举，枚举到倒数第三个数即可
            for j in range(i+1, n-2):
                # 如果相邻数重复则直接进入下一轮循环
                if j > i + 1 and nums[j] == nums[j - 1]:
                    continue
                # 当前遍历的连续三个数加上第一轮遍历的数大于目标值，结束循环
                if nums[i] + nums[j] + nums[j + 1] + nums[j + 2] > target:
                    break
                # 当前遍历的两个数加上最大的两个数都小于目标值，跳出本次循环
                if nums[i] + nums[j] + nums[n - 2] + nums[n - 1] < target:
                    continue
                # 开始双指针查找，定义左右指针
                left = j + 1
                right = n - 1
                while left < right:
                    # 计算当前四数之和
                    sum = nums[left] + nums[right] + nums[i] + nums[j]
                    # 等于目标值，加入结果数组，在判重之后做指针移动处理
                    if sum == target:
                        ans.append([nums[i], nums[j], nums[left], nums[right]])
                        while left < right and nums[left] == nums[left+1]:
                            left += 1
                        while left < right and nums[right] == nums[right-1]:
                            right -= 1
                        left += 1
                        right -= 1
                    # 大于目标值，那一定是最大的数大了，左移右指针
                    elif sum > target:
                        right -= 1
                    # 否则右移左指针
                    else:
                        left += 1
        return ans

        

java：

java版本跟python版本类似，注释可以对着看，另外特别注意，数组元素会很大，我们在做求和时可能会超过int32位整形，在求和方面我们用long来处理

class Solution {
    public List> fourSum(int[] nums, int target) {
        int n = nums.length;
        Arrays.sort(nums);
        List> ans = new ArrayList<>();
        if (n < 4) {
            return ans;
        }
        for (int i = 0; i < n - 3; i++) {
            if (i > 0 && nums[i] == nums[i - 1]) {
                continue;
            }
            if ((long)nums[i] + nums[i + 1] + nums[i + 2] + nums[i + 3] > target) {
                break;
            }
            if ((long)nums[i] + nums[n - 3] + nums[n - 2] + nums[n - 1] < target) {
                continue;
            }
            for (int j = i + 1; j < n - 2; j++) {
                if (j > i + 1 && nums[j] == nums[j - 1]) {
                    continue;
                }
                if ((long)nums[i] + nums[j] + nums[j + 1] + nums[j + 2] > target) {
                    break;
                }
                if ((long)nums[i] + nums[j] + nums[n - 2] + nums[n - 1] < target) {
                    continue;
                }
                int left = j + 1, right = n - 1;
                while (left < right) {
                    long sum = nums[i] + nums[j] + nums[left] + nums[right];
                    if (sum == target) {
                        ans.add(new ArrayList<>(Arrays.asList(nums[i], nums[j], nums[left], nums[right])));
                        while (left < right && nums[left] == nums[left + 1]) {
                            left++;
                        }
                        while (left < right && nums[right] == nums[right - 1]) {
                            right--;
                        }
                        left++;
                        right--;
                    }
                    else if (sum > target) {
                        right--;
                    }
                    else {
                        left++;
                    }
                }
            }
        }
        return ans;
    }
}