【算法刷题-双指针篇】
目录
- 1.leetcode-27. 移除元素
- 2.leetcode-344. 反转字符串
- 3.leetcode-剑指 Offer 05. 替换空格
- 4.leetcode-206. 反转链表
- 5.leetcode-19. 删除链表的倒数第 N 个结点
- 6.leetcode-面试题 02.07. 链表相交
- 7.leetcode-142. 环形链表 II
- 8.leetcode-15. 三数之和
- 9.leetcode-18. 四数之和
- 10.leetcode-151. 反转字符串中的单词
1.leetcode-27. 移除元素
（1）题目描述
给你一个数组 nums 和一个值 val，你需要 原地 移除所有数值等于 val 的元素，并返回移除后数组的新长度。
不要使用额外的数组空间，你必须仅使用 O(1) 额外空间并 原地 修改输入数组。
元素的顺序可以改变。你不需要考虑数组中超出新长度后面的元素。
（2）方法及思路
1.如果右指针指向的元素不等于 val，它一定是输出数组的一个元素，我们就将右指针指向的元素复制到左指针位置，然后将左右指针同时右移；
2.如果右指针指向的元素等于 val，它不能在输出数组里，此时左指针不动，右指针右移一位。
（3）代码实现
class Solution {
public:
int removeElement(vector<int>& nums, int val) {
int n=nums.size();
int left=0,right=0;
for(int right=0;right<n;++right)
{
if(nums[right]!=val)
{
nums[left]=nums[right];
left++;
}
}
return left;
}
};
（4）代码优化
如果左指针 left 指向的元素等于 val，此时将右指针 right 指向的元素复制到左指针 left 的位置，然后右指针 right 左移一位。如果赋值过来的元素恰好也等于 val，可以继续把右指针 right 指向的元素的值赋值过来（左指针 left指向的等于 val的元素的位置继续被覆盖），直到左指针指向的元素的值不等于 val 为止。
当左指针 left 和右指针 right 重合的时候，左右指针遍历完数组中所有的元素。
class Solution {
public:
int removeElement(vector<int>& nums, int val) {
int left = 0, right = nums.size();
while (left < right) {
if (nums[left] == val) {
nums[left] = nums[right - 1];
right--;
} else {
left++;
}
}
return left;
}
};
（特别注意这里的right是n不是n-1，不然会跳出循环条件）
2.leetcode-344. 反转字符串
（1）题目描述
编写一个函数，其作用是将输入的字符串反转过来。输入字符串以字符数组 s 的形式给出。
不要给另外的数组分配额外的空间，你必须原地修改输入数组、使用 O(1) 的额外空间解决这一问题。
（2）思路及方法
1.将 left 指向字符数组首元素，right 指向字符数组尾元素。
2.当 left < right：
交换 s[left] 和 s[right]；
left 指针右移一位，即 left = left + 1；
right 指针左移一位，即 right = right - 1。
3.当 left >= right，反转结束，返回字符数组即可。
（3）代码实现
class Solution {
public:
void reverseString(vector<char>& s) {
int end=s.size()-1;
int prev=0;
while(prev<end)
{
swap(s[prev],s[end]);
prev++;
end--;
}
}
};
3.leetcode-剑指 Offer 05. 替换空格
（1）题目描述
请实现一个函数，把字符串 s 中的每个空格替换成"%20"。
（2）方法及思路
首先扩充数组到每个空格替换成"%20"之后的大小。
然后从后向前替换空格，也就是双指针法，过程如下：
i指向新长度的末尾，j指向旧长度的末尾。
（3）代码实现
class Solution {
public:
string replaceSpace(string s) {
int count = 0; // 统计空格的个数
int sOldSize = s.size();
for (int i = 0; i < s.size(); i++) {
if (s[i] == ' ') {
count++;
}
}
// 扩充字符串s的大小，也就是每个空格替换成"%20"之后的大小
s.resize(s.size() + count * 2);
int sNewSize = s.size();
// 从后先前将空格替换为"%20"
for (int i = sNewSize - 1, j = sOldSize - 1; j < i; i--, j--) {
if (s[j] != ' ') {
s[i] = s[j];
} else {
s[i] = '0';
s[i - 1] = '2';
s[i - 2] = '%';
i -= 2;
}
}
return s;
}
};
4.leetcode-206. 反转链表
（1）题目描述
给你单链表的头节点 head ，请你反转链表，并返回反转后的链表。
（2）方法及思路
假设链表为 1→2→3→∅，我们想要把它改成 ∅←1←2←3。
在遍历链表时，将当前节点的 next指针改为指向前一个节点。由于节点没有引用其前一个节点，因此必须事先存储其前一个节点。在更改引用之前，还需要存储后一个节点。最后返回新的头引用。
（3）代码实现
class Solution {
public:
ListNode* reverseList(ListNode* head) {
struct ListNode* cur=head;
struct ListNode* newhead=NULL;
while(cur)
{
struct ListNode* next=cur->next;
cur->next=newhead;
newhead=cur;
cur=next;
}
return newhead;
}
};
（4）递归
class Solution {
public:
ListNode* reverseList(ListNode* head) {
if (!head || !head->next) {
return head;
}
ListNode* newHead = reverseList(head->next);
head->next->next = head;
head->next = nullptr;
return newHead;
}
};
5.leetcode-19. 删除链表的倒数第 N 个结点
（1）题目描述
给你一个链表，删除链表的倒数第 n 个结点，并且返回链表的头结点。
（2）方法及思路
由于我们需要找到倒数第 n 个节点，因此我们可以使用两个指针 first和 second 同时对链表进行遍历，并且 first 比 second 超前 n 个节点。当 first 遍历到链表的末尾时，second 就恰好处于倒数第 n 个节点。
（3）代码实现
class Solution {
public:
ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) {
ListNode* newnode=new ListNode(0,head);
ListNode* cur=head;
while(n>0)
{
cur=cur->next;
n--;
}
ListNode* prev=newnode;
while(cur)
{
prev=prev->next;
cur=cur->next;
}
prev->next=prev->next->next;
return newnode->next;
}
};
6.leetcode-面试题 02.07. 链表相交
（1）题目描述
给你两个单链表的头节点 headA 和 headB ，请你找出并返回两个单链表相交的起始节点。如果两个链表没有交点，返回 null 。
图示两个链表在节点 c1 开始相交：
（2）方法及思路
1.每步操作需要同时更新指针 pA和 pB。
2.如果指针 pA不为空，则将指针 pA移到下一个节点；如果指针 pB 不为空，则将指针 pB 移到下一个节点。
3.如果指针 pA 为空，则将指针 pA\textit{pA}pA 移到链表 headB的头节点；如果指针 pB为空，则将指针 pB 移到链表 headA的头节点。
4.当指针 pA 和 pB 指向同一个节点或者都为空时，返回它们指向的节点或者 null。
（3）代码实现
class Solution {
public:
ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) {
if (headA == nullptr || headB == nullptr) {
return nullptr;
}
ListNode *pA = headA, *pB = headB;
while (pA != pB) {
pA = pA == nullptr ? headB : pA->next;
pB = pB == nullptr ? headA : pB->next;
}
return pA;
}
};
7.leetcode-142. 环形链表 II
（1）题目描述
给定一个链表的头节点 head ，返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环，则返回 null。
如果链表中有某个节点，可以通过连续跟踪 next 指针再次到达，则链表中存在环。 为了表示给定链表中的环，评测系统内部使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置（索引从 0 开始）。如果 pos 是 -1，则在该链表中没有环。注意：pos 不作为参数进行传递，仅仅是为了标识链表的实际情况。
不允许修改 链表。
(2)方法及思路
我们使用两个指针，fast 与 slow。它们起始都位于链表的头部。随后，slow 指针每次向后移动一个位置，而 fast 指针向后移动两个位置。如果链表中存在环，则 fast 指针最终将再次与 slow 指针在环中相遇。
如下图所示，设链表中环外部分的长度为 a。slow 指针进入环后，又走了 b 的距离与 fast 相遇。此时，fast 指针已经走完了环的 n圈，因此它走过的总距离为 a+n(b+c)+b=a+(n+1)b+nc。
（3）代码实现
class Solution {
public:
ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
ListNode *slow = head, *fast = head;
while (fast != nullptr) {
slow = slow->next;
if (fast->next == nullptr) {
return nullptr;
}
fast = fast->next->next;
if (fast == slow) {
ListNode *ptr = head;
while (ptr != slow) {
ptr = ptr->next;
slow = slow->next;
}
return ptr;
}
}
return nullptr;
}
};
8.leetcode-15. 三数之和
（1）题目描述
给你一个整数数组 nums ，判断是否存在三元组 [nums[i], nums[j], nums[k]] 满足 i != j、i != k 且 j != k ，同时还满足 nums[i] + nums[j] + nums[k] == 0 。请
你返回所有和为 0 且不重复的三元组。
注意：答案中不可以包含重复的三元组。
（2）方法及思路
拿这个nums数组来举例，首先将数组排序，然后有一层for循环，i从下标0的地方开始，同时定一个下标left 定义在i+1的位置上，定义下标right 在数组结尾的位置上。
依然还是在数组中找到 abc 使得a + b +c =0，我们这里相当于 a = nums[i]，b = nums[left]，c = nums[right]。
接下来如何移动left 和right呢， 如果nums[i] + nums[left] + nums[right] > 0 就说明 此时三数之和大了，因为数组是排序后了，所以right下标就应该向左移动，这样才能让三数之和小一些。
如果 nums[i] + nums[left] + nums[right] < 0 说明 此时 三数之和小了，left 就向右移动，才能让三数之和大一些，直到left与right相遇为止。
（3）代码实现
class Solution {
public:
vector<vector<int>> threeSum(vector<int>& nums) {
int n = nums.size();
sort(nums.begin(), nums.end());
vector<vector<int>> ans;
// 枚举 a
for (int first = 0; first < n; ++first) {
// 需要和上一次枚举的数不相同
if (first > 0 && nums[first] == nums[first - 1]) {
continue;
}
// c 对应的指针初始指向数组的最右端
int third = n - 1;
int target = -nums[first];
// 枚举 b
for (int second = first + 1; second < n; ++second) {
// 需要和上一次枚举的数不相同
if (second > first + 1 && nums[second] == nums[second - 1]) {
continue;
}
// 需要保证 b 的指针在 c 的指针的左侧
while (second < third && nums[second] + nums[third] > target) {
--third;
}
// 如果指针重合，随着 b 后续的增加
// 就不会有满足 a+b+c=0 并且 b
if (second == third) {
break;
}
if (nums[second] + nums[third] == target) {
ans.push_back({nums[first], nums[second], nums[third]});
}
}
}
return ans;
}
};
（4）代码变形
class Solution {
public:
vector<vector<int>> threeSum(vector<int>& nums) {
int n = nums.size();
sort(nums.begin(), nums.end());
vector<vector<int>> ans;
for (int first = 0; first < n - 2; ++first) {
if (first > 0 && nums[first - 1] == nums[first]) {
continue;
}
int second = first + 1;
int third = n - 1;
while (second < third) {
int sum = nums[first] + nums[second] + nums[third];
if (sum == 0) {
ans.push_back({nums[first], nums[second], nums[third]});
while (second < third && nums[second] == nums[second + 1]) {
second++;
}
while (second < third && nums[third] == nums[third - 1]) {
third--;
}
second++;
third--;
} else if (sum < 0) {
second++;
} else {
third--;
}
}
}
return ans;
}
};
9.leetcode-18. 四数之和
（1）题目描述
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 。
（2）方法及思路
四数之和，和15.三数之和 (opens new window)是一个思路，都是使用双指针法, 基本解法就是在15.三数之和 (opens new window)的基础上再套一层for循环。
但是有一些细节需要注意，例如： 不要判断nums[k] > target 就返回了，三数之和 可以通过 nums[i] > 0 就返回了，因为 0 已经是确定的数了，四数之和这道题目 target是任意值。比如：数组是[-4, -3, -2, -1]，target是-10，不能因为-4 > -10而跳过。但是我们依旧可以去做剪枝，逻辑变成nums[i] > target && (nums[i] >=0 || target >= 0)就可以了。
（3）代码实现
class Solution
{
public:
vector<vector<int>> fourSum(vector<int>& num, int target)
{
vector<vector<int>> newnum;
sort(num.begin(), num.end());
int n = num.size();
for (int first = 0; first < n; ++first)
{
if (first > 0 && num[first] == num[first - 1])
continue;
for (int second = first + 1; second < n; ++second)
{
if (second > first + 1 && num[second] == num[second - 1])
continue;
int third = second + 1;
int forth = n - 1;
long long target_c = (long long)target - num[first] - num[second];
while (third < forth)
{
if (target_c == num[third] + num[forth]) {
newnum.push_back({ num[first], num[second], num[third], num[forth] });
do {
third++;
} while (third < n && num[third] == num[third - 1]);
}
else if (target_c > num[third] + num[forth])
{
third++;
}
else
forth--;
}
}
}
return newnum;
}
};
10.leetcode-151. 反转字符串中的单词
（1）题目描述
给你一个字符串 s ，请你反转字符串中 单词 的顺序。
单词 是由非空格字符组成的字符串。s 中使用至少一个空格将字符串中的 单词 分隔开。
返回 单词 顺序颠倒且 单词 之间用单个空格连接的结果字符串。
注意：输入字符串 s中可能会存在前导空格、尾随空格或者单词间的多个空格。返回的结果字符串中，单词间应当仅用单个空格分隔，且不包含任何额外的空格。
（2）方法及思路
逻辑很简单，从前向后遍历，遇到空格了就erase。
如果不仔细琢磨一下erase的时间复杂度，还以为以上的代码是O(n)的时间复杂度呢。
想一下真正的时间复杂度是多少，一个erase本来就是O(n)的操作。
erase操作上面还套了一个for循环，那么以上代码移除冗余空格的代码时间复杂度为O(n^2)。
那么使用双指针法来去移除空格，最后resize（重新设置）一下字符串的大小，就可以做到O(n)的时间复杂度。
（3）代码实现
class Solution {
public:
void reverse(string& s, int start, int end){ //翻转，区间写法：左闭右闭 []
for (int i = start, j = end; i < j; i++, j--) {
swap(s[i], s[j]);
}
}
void removeExtraSpaces(string& s) {//去除所有空格并在相邻单词之间添加空格, 快慢指针。
int slow = 0; //整体思想参考https://programmercarl.com/0027.移除元素.html
for (int i = 0; i < s.size(); ++i) { //
if (s[i] != ' ') { //遇到非空格就处理，即删除所有空格。
if (slow != 0) s[slow++] = ' '; //手动控制空格，给单词之间添加空格。slow != 0说明不是第一个单词，需要在单词前添加空格。
while (i < s.size() && s[i] != ' ') { //补上该单词，遇到空格说明单词结束。
s[slow++] = s[i++];
}
}
}
s.resize(slow); //slow的大小即为去除多余空格后的大小。
}
string reverseWords(string s) {
removeExtraSpaces(s); //去除多余空格，保证单词之间之只有一个空格，且字符串首尾没空格。
reverse(s, 0, s.size() - 1);
int start = 0; //removeExtraSpaces后保证第一个单词的开始下标一定是0。
for (int i = 0; i <= s.size(); ++i) {
if (i == s.size() || s[i] == ' ') { //到达空格或者串尾，说明一个单词结束。进行翻转。
reverse(s, start, i - 1); //翻转，注意是左闭右闭 []的翻转。
start = i + 1; //更新下一个单词的开始下标start
}
}
return s;
}
};