面试高频算法专题：数组的双指针思想及应用（算法村第三关白银挑战）
所谓的双指针其实就是两个变量，不一定真的是指针。
- 快慢指针：一起向前走
- 对撞指针、相向指针：从两头向中间走
- 背向指针：从中间向两头走
移除值为val的元素
题目描述
27. 移除元素 - 力扣（LeetCode）
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。
示例 1：
输入：nums = [3,2,2,3], val = 3
输出：2, nums = [2,2]
解释：函数应该返回新的长度 2, 并且 nums 中的前两个元素均为 2。你不需要考虑数组中超出新长度后面的元素。例如，函数返回的新长度为 2 ，而 nums = [2,2,3,3] 或 nums = [2,2,0,0]，也会被视作正确答案。
示例 2：
输入：nums = [0,1,2,2,3,0,4,2], val = 2
输出：5, nums = [0,1,3,0,4]
解释：函数应该返回新的长度 5, 并且 nums 中的前五个元素为 0, 1, 3, 0, 4。注意这五个元素可为任意顺序。你不需要考虑数组中超出新长度后面的元素。
提示：
0 <= nums.length <= 1000 <= nums[i] <= 500 <= val <= 100
快慢指针
/**
* @return 移除后val后数组的新长度
*/
public int removeElement(int[] nums, int val)
{
int slow = 0;
for (int fast = 0; fast < nums.length; fast++)
{
//nums[fast] == val时slow等待，直到下一个nums[fast]（!= val），然后将nums[slow]覆盖
if (nums[fast] != val)
{
nums[slow] = nums[fast];
slow++; //slow移动到下一个待写位置
}
}
return slow;
}
上图的val=2
对撞指针+交换
/**
* 核心思想：从右侧找到不是val的值来顶替左侧是val的值
*/
public int removeElement(int[] nums, int val)
{
int left = 0;
int right = nums.length - 1;
while (left <= right)
{
if(nums[left] == val && nums[right] != val)
{
int temp = nums[left];
nums[left] = nums[right]; //覆盖删除
nums[right] = temp; //交换的目的是让right指针能够移动
}
//更新指针
if (nums[left] != val)
left++;
if (nums[right] == val)
right--;
}
return left;
}
对撞指针+覆盖
public int removeElement(int[] nums, int val)
{
int left = 0;
int right = nums.length - 1;
while (left <= right)
{
if (nums[left] == val)
{
nums[left] = nums[right];
right--;
}
else
left++;
}
return right + 1;
}
删除有序数组中的重复项
题目描述
26. 删除有序数组中的重复项 - 力扣（LeetCode）
给你一个 非严格递增排列 的数组 nums ，请你** 原地** 删除重复出现的元素，使每个元素 只出现一次 ，返回删除后数组的新长度。元素的 相对顺序 应该保持 一致 。然后返回 nums 中唯一元素的个数。
考虑 nums 的唯一元素的数量为 k ，你需要做以下事情确保你的题解可以被通过：
- 更改数组
nums，使nums的前k个元素包含唯一元素，并按照它们最初在nums中出现的顺序排列。nums的其余元素与nums的大小不重要。 - 返回
k。
示例 1：
输入：nums = [1,1,2]
输出：2, nums = [1,2,_]
解释：函数应该返回新的长度 2 ，并且原数组 nums 的前两个元素被修改为 1, 2 。不需要考虑数组中超出新长度后面的元素。
示例 2：
输入：nums = [0,0,1,1,1,2,2,3,3,4]
输出：5, nums = [0,1,2,3,4]
解释：函数应该返回新的长度 5 ， 并且原数组 nums 的前五个元素被修改为 0, 1, 2, 3, 4 。不需要考虑数组中超出新长度后面的元素。
提示：
1 <= nums.length <= 3 * 104-104 <= nums[i] <= 104nums已按 非严格递增 排列
快慢指针
public int removeDuplicates(int[] nums)
{
int slow = 0;
for(int fast = 0; fast < nums.length; fast++)
{
//fast往下走，直到指向第一个与slow不同的元素
if(nums[fast] != nums[slow])
{
slow++; //slow后移一位，存储新的不重复元素
nums[slow] = nums[fast];
}
}
return slow + 1; //返回nums中唯一元素的个数。
}
进阶：重复元素保留k个
- 前 k 位直接保留
- **fast 不断向后遍历， nums[fast] 能够保留的前提是与nums[slow]**的前面第 k 个元素不同
- 保留后 slow 指向新的写入位置
public int removeDuplicates(int[] nums)
{
int slow = 0;
int k = 2; //重复元素保留k个
for(int fast = 0; fast < nums.length; fast++)
{
if(slow < k || nums[slow - k] != nums[fast])
{
nums[slow] = nums[fast];
slow++;
}
}
return slow; //返回nums中唯一元素的个数。
}
按奇偶排序数组
题目描述
905. 按奇偶排序数组 - 力扣（LeetCode）
给你一个整数数组 nums，将 nums 中的的所有偶数元素移动到数组的前面，后跟所有奇数元素。
返回满足此条件的 任一数组 作为答案。
示例 1：
输入：nums = [3,1,2,4]
输出：[2,4,3,1]
解释：[4,2,3,1]、[2,4,1,3] 和 [4,2,1,3] 也会被视作正确答案。
示例 2：
输入：nums = [0]
输出：[0]
对撞指针+交换
public int[] sortArrayByParity(int[] nums)
{
int left = 0;
int right = nums.length - 1;
while (left < right)
{
//左奇右偶时两边交换，把奇数调到后面，偶数调到前面
if(nums[left] % 2 == 1 && nums[right] % 2 == 0)
{
int t = nums[left];
nums[left] = nums[right];
nums[right] = t;
}
if(nums[left] % 2 == 0) left++; //跳过左边的偶数
if(nums[right] % 2 == 1) right--; //跳过右边的奇数
}
return nums;
}
数组轮转
题目描述
189. 轮转数组 - 力扣（LeetCode）
给定一个整数数组 nums，将数组中的元素向右轮转 k 个位置，其中 k 是非负数。
示例 1:
输入: nums = [1,2,3,4,5,6,7], k = 3
输出: [5,6,7,1,2,3,4]
解释:
向右轮转 1 步: [7,1,2,3,4,5,6]
向右轮转 2 步: [6,7,1,2,3,4,5]
向右轮转 3 步: [5,6,7,1,2,3,4]
示例 2:
输入：nums = [-1,-100,3,99], k = 2
输出：[3,99,-1,-100]
解释:
向右轮转 1 步: [99,-1,-100,3]
向右轮转 2 步: [3,99,-1,-100]
提示：
1 <= nums.length <= 105-231 <= nums[i] <= 231 - 10 <= k <= 105
进阶：
- 尽可能想出更多的解决方案，至少有 三种 不同的方法可以解决这个问题。
- 你可以使用空间复杂度为
O(1)的 原地 算法解决这个问题吗？
三次翻转
public void rotate(int[] nums, int k)
{
//举例nums:[1,2,3,4,5,6,7]
k = k % nums.length;
reverse(nums,0, nums.length - 1); //nums:[7,6,5,4,3,2,1]
reverse(nums,0,k-1); //nums:[5,6,7,4,3,2,1]
reverse(nums,k, nums.length - 1); //nums:[5,6,7,1,2,3,4]
}
//反转指定区间
public void reverse(int[] nums, int left, int right)
{
while (left < right)
{
int t = nums[left];
nums[left] = nums[right];
nums[right] = t;
left++;
right--;
}
}
数组的区间专题
汇总区间
题目描述
228. 汇总区间 - 力扣（LeetCode）
给定一个 无重复元素 的 有序 整数数组 nums 。
返回 恰好覆盖数组中所有数字 的 最小有序 区间范围列表* 。也就是说，nums 的每个元素都恰好被某个区间范围所覆盖，并且不存在属于某个范围但不属于 nums 的数字 x 。
列表中的每个区间范围 [a,b] 应该按如下格式输出：
"a->b"，如果a != b"a"，如果a == b
示例 1：
输入：nums = [0,1,2,4,5,7]
输出：["0->2","4->5","7"]
解释：区间范围是：
[0,2] --> "0->2"
[4,5] --> "4->5"
[7,7] --> "7"
示例 2：
输入：nums = [0,2,3,4,6,8,9]
输出：["0","2->4","6","8->9"]
解释：区间范围是：
[0,0] --> "0"
[2,4] --> "2->4"
[6,6] --> "6"
[8,9] --> "8->9"
提示：
0 <= nums.length <= 20-231 <= nums[i] <= 231 - 1nums中的所有值都 互不相同nums按升序排列
解
- slow 指向每个区间的起始位置， fast 从 slow 位置开始向后遍历，直到不满足连续递增或 fast 达到数组边界。当前区间结束
- 将 slow 指向更新为 fast + 1，作为下一个区间的开始位置，fast继续向后遍历找下一个区间的结束位置，如此循环，直到 nums 遍历完毕
append(char c)：将指定的字符添加到当前StringBuilder对象的末尾。如果参数是数字，则自动转为字符
public List<String> summaryRanges(int[] nums)
{
ArrayList<String> ans = new ArrayList<>();
int slow = 0;
int fast = 0;
for (; fast < nums.length; fast++)
{
if(fast == nums.length - 1 || nums[fast]+1 != nums[fast + 1])
{
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append(nums[slow]);
if(nums[slow] != nums[fast])
sb.append("->").append(nums[fast]);
ans.add(sb.toString());
slow = fast + 1;
}
}
return ans;
}
缺失的区间
题目描述
163. 缺失的区间 - 力扣（LeetCode）
给你一个闭区间 [lower, upper] 和一个 按从小到大排序 的整数数组 nums ，其中元素的范围在闭区间 [lower, upper] 当中。
如果一个数字 x 在 [lower, upper] 区间内，并且 x 不在 nums 中，则认为 x 缺失。
返回 准确涵盖所有缺失数字 的 最小排序 区间列表。也就是说，nums 的任何元素都不在任何区间内，并且每个缺失的数字都在其中一个区间内。
示例 1：
输入: nums = [0, 1, 3, 50, 75], lower = 0 , upper = 99
输出: [[2,2],[4,49],[51,74],[76,99]]
解释：返回的区间是：
[2,2]
[4,49]
[51,74]
[76,99]
示例 2：
输入： nums = [-1], lower = -1, upper = -1
输出： []
解释： 没有缺失的区间，因为没有缺失的数字。
提示：
-109 <= lower <= upper <= 1090 <= nums.length <= 100lower <= nums[i] <= uppernums中的所有值 互不相同
解
public List<List<Integer>> findMissingRanges(int[] nums, int lower, int upper)
{
List<List<Integer>> missingRanges = new ArrayList<>();
//[lower, upper]缺失
if (nums.length == 0)
{
missingRanges.add(generateRange(lower, upper));
return missingRanges;
}
//[lower, nums[0] - 1]缺失
if (nums[0] > lower)
{
missingRanges.add(generateRange(lower, nums[0] - 1));
}
//i = 0起，[nums[i] + 1, nums[i + 1] - 1]缺失
for (int i = 0; i < nums.length - 1; i++)
{
if(nums[i + 1] - nums[i] > 1) //非连续递增
{
missingRanges.add(generateRange(nums[i] + 1, nums[i + 1] - 1));
}
}
//[nums[length - 1] + 1, upper]缺失
if (nums[nums.length - 1] < upper)
{
missingRanges.add(generateRange(nums[nums.length - 1] + 1, upper));
}
return missingRanges; //返回所有缺失区间
}
//生成区间
public List<Integer> generateRange(int start, int end)
{
ArrayList<Integer> range = new ArrayList<>();
range.add(start);
range.add(end);
return range;
}
字符串替换空格
题目描述
（剑指offer）请实现一个函数，将一个字符串中的每个空格替换成**“%20”。例如，“We Are Happy.”** 经过替换之后为**“We%20Are%20Happy.”**
解
public class replaceSpaces
{
public static void main(String[] args)
{
String str1 = replaceSpace_immutable("We Are Happy.");
System.out.println(str1); //We%20Are%20Happy.(正确)
StringBuffer sb = new StringBuffer("We Are Happy.");
String str2 = replaceSpace_variable(sb);
System.out.println(str2); //We%20Are%20Happy.(正确)
}
//存储字符串的空间不可变，或者存储空间不算大
public static String replaceSpace_immutable(String str)
{
String res = "";
for (int i = 0; i < str.length(); i++)
{
char c = str.charAt(i);
if (c == ' ')
res = res + "%20";
else
res = "%s%s".formatted(res, c); //效果相同
}
return res;
}
//存储字符串的空间可变，或者存储空间很大
public static String replaceSpace_variable(StringBuffer str)
{
int blank = 0; //str中的空格数
//计算空格数
for (int i = 0; i < str.length(); i++)
if (str.charAt(i) == ' ')
blank++;
int fast = str.length() - 1; //fast指向原长度的末尾
//设置新的长度(StringBuffer才有的方法，String没有)
str.setLength(str.length() + 2 * blank);
int slow = str.length() - 1; //slow指向新长度的末尾
while (fast >=0 && fast < slow)
{
char c = str.charAt(fast);
if (c == ' ')
{
str.setCharAt(slow,'0'); //复制
slow--;
str.setCharAt(slow,'2');
slow--;
str.setCharAt(slow,'%');
}
else
str.setCharAt(slow, c);
fast--;
slow--;
}
return str.toString();
}
}
replaceSpace_variable图解
