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题目来源:LeetCode 热题 100 - 学习计划 - 力扣(LeetCode)全球极客挚爱的技术成长平台
PS:作者水平有限,如有错误或描述不当的地方,恳请及时告诉作者,作者将不胜感激
原题链接:283.移动零
解法一:暴力枚举即可
但是我们使用copyOfRange
方法存在一个弊端,它会重现创建一个数组,然后将值赋值给新的数组引用,给不是在原有的数组引用上进行赋值,所以这里就导致最终无法修改到我们要实现效果的数组
下方代码,最终输出的nums全部是 0
/**
* @author ghp
* @title
* @description
*/
class Solution {
public void moveZeroes(int[] nums) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
if (nums[i] != 0){
list.add(nums[i]);
}
}
Arrays.fill(nums, 0);
nums = Arrays.copyOfRange(
list.stream().mapToInt(Integer::intValue).toArray(),
0, nums.length);
}
}
复杂度分析:
其中 n n n 为数组中元素的个数
解决方法:使用for循环,逐个赋值(这里我就是使用lambda表达式实现,效果都是一样的,但是这种更加优雅)
/**
* @author ghp
* @title
* @description
*/
class Solution {
public void moveZeroes(int[] nums) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
if (nums[i] != 0) {
list.add(nums[i]);
}
}
Arrays.fill(nums, 0);
IntStream.range(0, list.size())
.forEach(i -> nums[i] = list.get(i));
}
}
解法二:双指针
这个思路是非类似于快排的那个划分左右区间,设置两个指针,使得左区间都比主元小,右区间都比主元大或等。
这里我们相当于是把0当作主元,左区间都是不等于0的,右区间都是等于0的
class Solution {
public void moveZeroes(int[] nums) {
int i = 0;
// 遍历数组,将非0元素放到i的左侧
for (int j = 0; j < nums.length; j++) {
if (nums[j] != 0){
// 当前元素不等于0,将非0元素放到i的左侧
int t = nums[j];
nums[j] = nums[i];
nums[i] = t;
i++;
}
}
}
}
复杂度分析:
其中 n n n 为数组中元素的个数
原题链接:287.寻找重复数
本题总共有以下解法:
需要额外空间,需要修改原始数组:排序
需要额外空间,不需要修改原始数组:计数法、哈希表
不需要额外空间,需要修改原始数组:标记法、索引排序
不需要额外空间,不需要修改原始数组:暴力枚举、二分查找、位运算、快慢指针
PS:本文只讲解了二分查找、快慢指针、位运算三种能过且比较牛的方法,关于其它方法感兴趣都可以参考这篇文章:9种方法(可能是目前最全的),拓展大家思路 - 寻找重复数 - 力扣(LeetCode)
解法一:快慢指针(Floyd 判圈算法)
这个算法在前面已经多次遇到了,比如:第33天的环形链表、第34天的排序链表、第35天的相交链表、第40天的回文链表等都能看到快慢指针算法的身影。可能我们一下子无法直接联想到环形链表,这里我们画一个草图,将数组转换成一个环形链表(这是一种数学抽象,类似于七桥问题,把一个问题抽象成另一个与之等价的问题)
我们把数值的值当成链表的下一个节点,这个值与索引进行一个映射,从而可以通过上面的链表得到下面这个链表,此时我们把”要数组中的找重复元素“这个问题转换成"要找链表中环的入口节点",说到这里,如果你对环形链表这一题有经验的话,很快就能够解决了。如果你对环形链表不是很懂的话,可以参考这篇文章【LeetCode热题100】打卡第33天:环形链表
注意:本题能够使用快慢指针的前提是 1 < = n u m s [ i ] < = n 1<=nums[i]<=n 1<=nums[i]<=n,这样能够保障指针无论如何移动都不会出现索引越界
这里初略讲解以下如何定位环形链表的入环节点:
至于详细证明思路,可以参考我上面给出的那个链接,链接的那篇文章中已给出比较详细的解答了
/**
* @author ghp
* @title
* @description
*/
class Solution {
public int findDuplicate(int[] nums) {
int fast = 0, slow = 0;
do {
fast = nums[nums[fast]];
slow = nums[slow];
} while (fast != slow);
fast = 0;
while (fast != slow) {
fast = nums[fast];
slow = nums[slow];
}
return fast;
}
}
复杂度分析:
其中n为数组中元素的个数
解法二:二分查找
本题主要用到了抽屉原理,简单来说就是把
10
个苹果放进9
个抽屉,至少有一个抽屉里至少放2
个苹果。其此我们还需要寻找出有序的地方,本题有序的地方是隐式的,即比当前元素小的元素是有序的,只要发现这一点,其实就会变得很简单,但往往这一点一般很慢发现,这也是本题相较于其他显示有序的一个难点
我们新增一个变量cnt[i]
来记录当前数组中小于等于i
的数有多少个,然后可以的发现cnt
数组是有序的,对于有序数组我们
①如果我们将n
个数放到n
个位置上(数的范围是1~n),这些数不重复,则此时 cnt==mid
②如果我们将n
个数放到n+1
个位置上(数的范围是1~n),这些数不重复,如果此时 cnt<=mid
,则说明重复的数一定在左侧区间,因为数是在1~n
这个区间选的,cnt[n]<=mid
说明比n小的数不到一半(正常情况是刚好一半的),根据抽屉原理,一定是有一个比mid小的数重复了,这样才会出现cnt[n]<=mid,所以重复的数在mid的左侧
③如果我们将n
个数放到n+1
个位置上,如果是左侧的数多了,则会导致cnt[n]>mid
,此时我们可以在左侧区间寻找
温馨提示:对于所有的二分查找,边界值都是需要十分注意的,这个我在以前总结的二分查找中就已经进行了详细讲解,这里我也不在赘述了,直接给出结论,如果想要了解的,可以参考我以前写的一篇关于二分查找边界值问题的总结
对于向下取整mid = (right-left)/2 + left
,如果取等 while(left<=right)
,那么目标值在右right=mid-1
,目标值在左left=mid+1
对于向下取整mid=(right-left)/2 + left
,如果不取等while(left
right=mid
,目标值在左left=mid+1
如果取等匹配right=mid会导致死循环,如果不取等匹配right=mid-1会出现遗漏导致结果错误
/**
* @author ghp
* @title
* @description
*/
class Solution {
public int findDuplicate(int[] nums) {
int left = 1, right = nums.length - 1;
while (left < right) {
int mid = (right - left) / 2 + left;
// 计算当前小于等于mid的元素有多少个
int count = 0;
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
if (nums[i] <= mid){
count++;
}
}
if (count > mid){
// 比mid小的元素超过了mid个,根据抽屉原理可以知道mid左侧出现了重复元素
right = mid;
}else{
// 比mid小的元素超过了mid个,根据抽屉原理可以知道mid右侧出现了重复元素
left = mid + 1;
}
}
return left;
}
}
复杂度分析:
其中n为数组中元素的个数
解法三:位运算
太强了,感兴趣的可以去看LeetCode官网,我先把前面两种解法消化吸收了
class Solution {
public int findDuplicate(int[] nums) {
int n = nums.length, ans = 0;
int bit_max = 31;
while (((n - 1) >> bit_max) == 0) {
bit_max -= 1;
}
for (int bit = 0; bit <= bit_max; ++bit) {
int x = 0, y = 0;
for (int i = 0; i < n; ++i) {
if ((nums[i] & (1 << bit)) != 0) {
x += 1;
}
if (i >= 1 && ((i & (1 << bit)) != 0)) {
y += 1;
}
}
if (x > y) {
ans |= 1 << bit;
}
}
return ans;
}
}
作者:LeetCode-Solution
链接:https://leetcode.cn/problems/find-the-duplicate-number/solution/xun-zhao-zhong-fu-shu-by-leetcode-solution/
来源:力扣(LeetCode)
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。
复杂度分析:
其中n为数组中元素的个数
原题链接:297.二叉树的序列化与反序列化
解法一:BFS(层序遍历)
不知道为什么我第一眼看着提感觉挺简单的,直接BFS不就好了吗,结果bug频出,一眨眼一小时就过去了,经过不断的debug最终成功完成了初步代码,并最终过了写这题的思路也比较简答, 直接使用BFS实现层序遍历即可
如果不会层序遍历的话,可以参考这篇文章:【LeetCode热题100】打卡第29天:二叉树的层序遍历
class Codec {
public String serialize(TreeNode root) {
if (root == null) {
// 防止NPE
return null;
}
// 存储每一层的节点的值
StringBuilder ans = new StringBuilder(root.val + ",");
// BFS层序遍历所有节点,将二叉树所有节点的值转存到ans中
Deque<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
queue.offer(root);
while (!queue.isEmpty()) {
TreeNode pre = queue.poll();
TreeNode left = pre.left;
if (left != null) {
queue.offer(left);
}
ans.append(left == null ? "null" : left.val).append(",");
TreeNode right = pre.right;
if (right != null) {
queue.offer(right);
}
ans.append(right == null ? "null" : right.val).append(",");
}
// 删除最后一个多余的逗号
ans.deleteCharAt(ans.length() - 1);
return ans.toString();
}
public TreeNode deserialize(String data) {
if (data == null) {
// 防止NPE
return null;
}
// 将String转成List方便后续逻辑处理
String[] dataStr = data.split(",");
List<Integer> dataList = Arrays.stream(dataStr)
.map(str -> str.equals("null") ? null : Integer.valueOf(str))
.collect(Collectors.toList());
// BFS层序遍历所有节点,将层序遍历的字符串重新构建成一棵二叉树
Deque<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
// 将根节点加入队列中
TreeNode root = new TreeNode(dataList.get(0));
queue.offer(root);
dataList.remove(0);
while (!dataList.isEmpty()) {
TreeNode node = queue.poll();
if (dataList.get(0) != null) {
// 这里一定要判空,否则自动拆箱时会报NPE,下面那个判空也是一样的
node.left = new TreeNode(dataList.get(0));
queue.offer(node.left);
}
dataList.remove(0);
if (dataList.isEmpty()) {
// 防止NPE
break;
}
if (dataList.get(0) != null) {
node.right = new TreeNode(dataList.get(0));
queue.offer(node.right);
}
dataList.remove(0);
}
return root;
}
}
复杂度分析:
序列化
反序列化
其中 n n n 为二叉树节点的个数
代码优化:
对于serialize方法:
对于deserialize方法:
/**
* @author ghp
* @title
* @description
*/
class Codec {
public String serialize(TreeNode root) {
if (root == null) {
return null;
}
StringBuilder ans = new StringBuilder();
Deque<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
queue.offer(root);
while (!queue.isEmpty()) {
TreeNode node = queue.poll();
if (node != null) {
ans.append(node.val).append(",");
queue.offer(node.left);
queue.offer(node.right);
} else {
ans.append("null,");
}
}
ans.deleteCharAt(ans.length() - 1);
return ans.toString();
}
public TreeNode deserialize(String data) {
if (data == null) {
return null;
}
String[] dataStr = data.split(",");
List<Integer> dataList = Arrays.stream(dataStr)
.map(str -> str.equals("null") ? null : Integer.valueOf(str))
.collect(Collectors.toList());
Deque<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
TreeNode root = new TreeNode(dataList.get(0));
queue.offer(root);
int index = 1;
for (; index < dataList.size(); index += 2) {
TreeNode node = queue.poll();
if (dataList.get(index) != null) {
node.left = new TreeNode(dataList.get(index));
queue.offer(node.left);
}
if (index + 1 < dataList.size() && dataList.get(index + 1) != null) {
node.right = new TreeNode(dataList.get(index + 1));
queue.offer(node.right);
}
}
return root;
}
}
解法二:DFS(前序遍历)
这里主要是通过前序遍历实现
序列化实现比较简单,直接DFS搜索即可: [1,2,null,null,3,4,null,null,5,null,null]
反序列化的时候,第一个元素为根节点,接下来都是按照前序遍历的顺序,先走左边,直到遇到 null
结束,然后换另一边
整个过程递归进行
class TreeNode {
int val;
TreeNode left;
TreeNode right;
TreeNode(int x) {
val = x;
}
}
/**
* @author ghp
* @title
* @description
*/
class Codec {
public String serialize(TreeNode root) {
StringBuilder ans = new StringBuilder();
dfs(root, ans);
ans.deleteCharAt(ans.length() - 1);
return ans.toString();
}
private void dfs(TreeNode root, StringBuilder ans) {
if (root == null) {
ans.append("null,");
return;
}
ans.append(root.val).append(",");
dfs(root.left, ans);
dfs(root.right, ans);
}
public TreeNode deserialize(String data) {
String[] dataStr = data.split(",");
// 根据前序遍历的结果构建二叉树
return buildTree(dataStr);
}
private int i = 0;
private TreeNode buildTree(String[] dataStr) {
String value = dataStr[i++];
if (value.equals("null")) {
// 防止自动拆箱导致NPE,同时也是递归结束条件
return null;
}
TreeNode node = new TreeNode(Integer.valueOf(value));
// 构建左子树
node.left = buildTree(dataStr);
// 构建右子树
node.right = buildTree(dataStr);
return node;
}
}
复杂度分析:
序列化
反序列化
其中 n n n 为二叉树节点的个数
原题链接:300.最长递增子序列
解法一:暴力DFS(超时 22 / 54)
PS:画的有点丑,但是能看明白就行(●ˇ∀ˇ●)
/**
* @author ghp
* @title
* @description
*/
public class Solution {
public int lengthOfLIS(int[] nums) {
// 最长递增子序列的长度
int maxLength = 0;
// DFS遍历每一个节点
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
int length = dfs(nums, i, Integer.MIN_VALUE);
maxLength = Math.max(maxLength, length);
}
return maxLength;
}
private int dfs(int[] nums, int index, int preLen) {
if (index == nums.length) {
// 达到数组末尾,返回长度为0
return 0;
}
int len1 = 0;
if (nums[index] > preLen) {
// 当前元素大于前一个元素,可以选择当前元素作为递增子序列的一部分
len1 = 1 + dfs(nums, index + 1, nums[index]);
}
// 不选择当前元素,继续寻找下一个递增子序列
int len2 = dfs(nums, index + 1, preLen);
// 返回选择当前元素和不选择当前元素中的较长子序列的长度
return Math.max(len1, len2);
}
}
复杂度分析:
其中 n n n 为数组中元素的个数
代码优化:时间优化
我们可以通过记忆化搜索来大幅度提高搜索的速度,我们需要新增一个memo数组,memo[i][j]
表示以第i个元素为结尾、且第j个元素为上一个结尾元素的最长递增子序列的长度。
为了新增一个记忆搜索功能,我们需要对上面代码进行一个微型改造,我们在DFS搜索时,不能像前面一样传递上一个节点的长度,而是需要传递上一个节点的索引,这样我们才能够使用memo数组对当前状态进行标记,下面的示意图是添加了记忆数组之后的搜索
通过Debug也可以看出来,每进行一次DFS,都可以直接将当前节点到其它任意节点的距离计算出来,这样就能大幅度进行剪枝了。比如上图,0到1这条路径,就可以计算出0到其它节点(1,0,3,2,3)的距离了,后面的路径0到0、0到3、0到2、0到3就不用再去重新遍历了,而是直接拿我们缓存在memo中的路径
public class Solution {
public int lengthOfLIS(int[] nums) {
int maxLength = 1;
// 记录节点的状态 memo[i][j]表示索引为j的节点到索引为i的节点的最长递增节点数
int[][] memo = new int[nums.length][nums.length];
// DFS搜索每一个节点
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
maxLength = Math.max(maxLength, dfs(nums, i, i, memo));
}
return maxLength;
}
private int dfs(int[] nums, int curIndex, int preIndex, int[][] memo) {
if (curIndex >= nums.length) {
// 后面已经没有节点了,结束搜索
return 0;
}
if (memo[curIndex][preIndex] > 0) {
// preIndex到curIndex这个状态已计算过,直接返回
return memo[curIndex][preIndex];
}
int len1 = 0;
if (preIndex == curIndex || nums[curIndex] > nums[preIndex]) {
// 当前元素大于前一个元素,可以选择当前元素作为递增子序列的一部分
len1 = 1 + dfs(nums, curIndex + 1, curIndex, memo);
}
// 不选择当前元素,继续寻找下一个递增子序列
int len2 = dfs(nums, curIndex + 1, preIndex, memo);
// 缓存preIndex到curIndex这个状态
memo[curIndex][preIndex] = Math.max(len1, len2);
// 返回选择当前元素和不选择当前元素中的较长子序列的长度
return memo[curIndex][preIndex];
}
}
记忆搜索是经典的拿时间换空间,时间复杂度虽然没有变,但是却大大缩减了搜索结果的时间,空间复杂度提高了
复杂度分析:
其中 n n n 为数组中元素的个数
备注:将 memo[curIndex][preIndex]
转换为 memo[preIndex][curIndex]
是不可行的。这是因为 preIndex
的值是固定的,是遍历时的前一个索引,而 curIndex
是在不断递增变化的。
如果我们将 memo[curIndex][preIndex]
转换为 memo[preIndex][curIndex]
,则无法正确存储和查找子问题的解决方案。由于 curIndex
不断增加,我们无法准确地映射到递归调用中的子问题。
代码优化:空间优化
我们可以发现memo每进行一次DFS都只用到了一列的数据,所以我们完全可以将二维的memo压缩为一维的memo
public class Solution {
public int lengthOfLIS(int[] nums) {
int maxLength = 1;
int[] memo = new int[nums.length];
Arrays.fill(memo, 1);
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
maxLength = Math.max(maxLength, dfs(nums, i, memo));
}
return maxLength;
}
private int dfs(int[] nums, int curIndex, int[] memo) {
if (curIndex >= nums.length) {
return 0;
}
if (memo[curIndex] > 1) {
return memo[curIndex];
}
int maxLen = 1;
for (int i = curIndex + 1; i < nums.length; i++) {
if (nums[i] > nums[curIndex]) {
maxLen = Math.max(maxLen, 1 + dfs(nums, i, memo));
}
}
memo[curIndex] = maxLen;
return maxLen;
}
}
复杂度分析:
其中 n n n 为数组中元素的个数
解法二:动态规划
我们需要构建一个dp[i]
,dp[i]
表示以nums[i]
结尾的最长递增子序列的长度,此时我们可以知道 当前第i个节点结尾的最长递增子序列,一定是由前面的节点转移而来的,至于是前面哪一个节点,我们无法直接确定,所以此时需要遍历 前面 i+1个节点,在遍历的同时,我们不断更新当前的 dp[i]
,遍历完毕,即可得到当前最大长度。
不知道为什么感觉动态规划比前面的DFS要简单多了
import java.util.Arrays;
/**
* @author ghp
* @title
* @description
*/
public class Solution {
public int lengthOfLIS(int[] nums) {
if (nums.length == 0) {
return 0;
}
int maxLength = 1;
int[] dp = new int[nums.length];
// 每一个节点自身的初始长度都是1
Arrays.fill(dp, 1);
// 遍历每一个节点
for (int i = 1; i < nums.length; i++) {
// 遍历0~i之间的节点,计算出所有以当前nums[i]结尾的最长递增子序列的长度
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (nums[i] > nums[j]) {
dp[i] = Math.max(dp[i], dp[j] + 1);
}
}
maxLength = Math.max(maxLength, dp[i]);
}
return maxLength;
}
}
复杂度分析:
其中 n n n 为数组中元素的个数
解法三:动态规划+二分查找
来自:300. 最长递增子序列(动态规划 + 二分查找,清晰图解) - 最长递增子序列 - 力扣(LeetCode)
class Solution {
public int lengthOfLIS(int[] nums) {
int len = 1, n = nums.length;
if (n == 0) {
return 0;
}
int[] d = new int[n + 1];
d[len] = nums[0];
for (int i = 1; i < n; ++i) {
if (nums[i] > d[len]) {
d[++len] = nums[i];
} else {
int l = 1, r = len, pos = 0; // 如果找不到说明所有的数都比 nums[i] 大,此时要更新 d[1],所以这里将 pos 设为 0
while (l <= r) {
int mid = (l + r) >> 1;
if (d[mid] < nums[i]) {
pos = mid;
l = mid + 1;
} else {
r = mid - 1;
}
}
d[pos + 1] = nums[i];
}
}
return len;
}
}
作者:LeetCode-Solution
链接:https://leetcode.cn/problems/longest-increasing-subsequence/solution/zui-chang-shang-sheng-zi-xu-lie-by-leetcode-soluti/
来源:力扣(LeetCode)
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。
复杂度分析:
其中 n n n 为数组中元素的个数
先缓缓w(゚Д゚)w,明天在写把,不然今天任务完不成了
原题链接:301.删除无效括号
解法一:暴力
复杂度分析:
其中 n n n 为数组中元素的个数
解法二:哈希表
这个太强了,时间复杂度直接变成 O ( n ) O(n) O(n),它是利用Map的Key不能重复的特性,来判断元素是否符合要求。
复杂度分析:
其中 n n n 为数组中元素的个数
参考题解:
- 9种方法(可能是目前最全的),拓展大家思路 - 寻找重复数 - 力扣(LeetCode)
- 使用「二分查找」搜索一个有范围的整数(结合「抽屉原理」) - 寻找重复数 - 力扣(LeetCode)
- 【图解】dfs + bfs + 后序遍历 + 其他思路 - 二叉树的序列化与反序列化 - 力扣(LeetCode)# 【LeetCode热题100】打卡第44天:倒数第30~25题