代码随想录—力扣算法题:977有序数组的平方.Java版(示例代码与导图详解)

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当前版本号[20230807]。

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20230807 初版

文章目录

  • 版本说明
  • 977.有序数组的平方
    • 思路
      • 暴力排序
      • 双指针法
    • 两种方法的区别
  • 总结

977.有序数组的平方

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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。

示例 1:

  • 输入:nums = [-4,-1,0,3,10]
  • 输出:[0,1,9,16,100]
  • 解释:平方后,数组变为 [16,1,0,9,100],排序后,数组变为 [0,1,9,16,100]

示例 2:

  • 输入:nums = [-7,-3,2,3,11]
  • 输出:[4,9,9,49,121]

思路

暴力排序

最直观的想法,莫过于:每个数平方之后,排个序,美滋滋,代码如下:

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

这个时间复杂度是 O(n + nlogn), 可以说是O(nlogn)的时间复杂度,但为了和下面双指针法算法时间复杂度有鲜明对比,我记为 O(n + nlog n)。

双指针法

数组其实是有序的, 只不过负数平方之后可能成为最大数了。

那么数组平方的最大值就在数组的两端,不是最左边就是最右边,不可能是中间。

此时可以考虑双指针法了,i指向起始位置,j指向终止位置。

定义一个新数组result,和A数组一样的大小,让k指向result数组终止位置。

如果A[i] * A[i] < A[j] * A[j] 那么result[k--] = A[j] * A[j];

如果A[i] * A[i] >= A[j] * A[j] 那么result[k--] = A[i] * A[i];

如下展示:

第一步,新建数组【前提:所输入的是非递减数列】

代码随想录—力扣算法题:977有序数组的平方.Java版(示例代码与导图详解)_第1张图片

第二步:左、右指针比较平方大小,发现左指针的数值大,于是把 25 放进结果里,同时结果的下标往左走,左指针往右走

代码随想录—力扣算法题:977有序数组的平方.Java版(示例代码与导图详解)_第2张图片

第三步,继续往下走,发现右指针的数值大,于是把 16 放进结果里,同时结果的下标往左走,右指针往左走

代码随想录—力扣算法题:977有序数组的平方.Java版(示例代码与导图详解)_第3张图片

最后一步,结果就出来了

代码随想录—力扣算法题:977有序数组的平方.Java版(示例代码与导图详解)_第4张图片

示例代码:

class Solution {
    public int[] sortedSquares(int[] nums) {
        int l = 0;
        int r = nums.length - 1;//定义两个指针left(l)和right(r),分别指向数组的开头和结尾。
        int[] res = new int[nums.length];//定义一个新的数组result(res),用于存储平方后的结果。
        int j = nums.length - 1;//指向数组的结尾
        while(l <= r){
            if(nums[l] * nums[l] > nums[r] * nums[r]){
                res[j--] = nums[l] * nums[l++];
            }else{
                res[j--] = nums[r] * nums[r--];
            }
        }
    //使用一个循环,当left小于等于right时,执行以下步骤:
    //比较left指向的元素的平方和right指向的元素的平方的大小。
    //如果left指向的元素的平方较大,将其放入结果数组result的末尾,并将left指针向右移动一位。
    //如果right指向的元素的平方较大或两者相等,将其放入结果数组result的末尾,并将right指针向左移动一位。
        return res;//返回结果数组result(res)
    }
}

此时的时间复杂度为O(n),相对于暴力排序的解法O(n + nlog n)还是提升不少的。

两种方法的区别

解决给定问题的暴力解法中,我们可以使用以下步骤:

  1. 遍历输入数组nums中的每个元素。
  2. 对每个元素进行平方操作,并将平方值放入一个新的数组中。
  3. 对新数组进行排序。
  4. 返回排序后的新数组。

这种方法的时间复杂度为O(nlogn),其中n是输入数组的长度。原因是我们使用了一个内置的排序算法对新数组进行排序。

而在使用双指针的方法中,我们利用输入数组已经按非递减顺序排序的特点,通过双指针从两端向中间移动的方式来解决问题。具体步骤如下:

  1. 定义两个指针leftright,分别指向输入数组nums的开头和结尾。

  2. 定义一个新的数组result,用于存储平方后的结果。

  3. 使用一个index指针,从结果数组result的末尾开始填充元素。

  4. 使用一个循环,当left小于等于right时,执行以下步骤:

    • 比较left指向的元素的平方和right指向的元素的平方的大小。
    • 如果left指向的元素的平方较大,将其放入结果数组result的末尾,并将left指针向右移动一位。
    • 如果right指向的元素的平方较大或两者相等,将其放入结果数组result的末尾,并将right指针向左移动一位。
    • index指针向前移动一位。
  5. 返回结果数组result

    ​ 这种方法的时间复杂度为O(n),其中n是输入数组的长度。因为我们只需要遍历一次输入数组,并利用双指针从两端向中间移动的方式。

​ 因此,使用双指针法可以在线性时间复杂度下解决该问题,而暴力解法则需要使用排序算法,时间复杂度较高。所以,双指针法是更高效的解决方案。

总结

​ 对于这个问题,我们可以使用双指针的方法来解决。由于输入的数组已经是按非递减顺序排序的,**我们可以使用两个指针分别指向数组的开头和结尾,比较两个指针指向的元素的平方大小,然后将较大的平方值放入结果数组的末尾,并将相应的指针向中间移动。**重复这个过程直到两个指针相遇。

​ 通过比较每个元素的平方值的大小,将较大的值放入结果数组,并不断向中间移动指针,最终得到按非递减顺序排序的每个数字的平方组成的新数组。

​ 我们也可以写一个测试方法,输入一个非递减顺序排序的数组,来验证代码的正确性。

测试代码:

package shuzhu;

public class Day03
{
    public static int[] sortedSquares(int[] nums) {
        int l = 0;
        int r =nums.length - 1;
        int[] res = new int[nums.length];
        int j = nums.length - 1;
        while(l <= r)
        {
            if(nums[l] * nums[l] >nums[r] * nums[r])
            {
                res[j] = nums[l] * nums[l];
                j--;
                l++;
            }
            else
            {
                res[j] = nums[r] * nums[r];
                j--;
                r--;
            }
        }
        return res;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] nums ={-7, 2, 4, 5, 6};
        int[] res = sortedSquares(nums);
        for(int i = 0; i < res.length;i++)
        {
            System.out.print(res[i]+" ");
        }
    }
}

        int[] nums ={-7, 2, 4, 5, 6};
        int[] res = sortedSquares(nums);
        for(int i = 0; i < res.length;i++)
        {
            System.out.print(res[i]+" ");
        }
    }
}

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