1.兩數之和/15. 三數之和/16. 最接近的三數之和

1.兩數之和

給定一個整數數組和一個目標值,找出數組中和為目標值的兩個數。
你可以假設每個輸入只對應一種答案,且同樣的元素不能被重復利用。

給定 nums = [2, 7, 11, 15], target = 9
因為 nums[0] + nums[1] = 2 + 7 = 9
所以返回 [0, 1]

1.暴力法[C++(默認)]

前言vector初步理解:
   pushback()操作函數 :算法中里面的一個函數名,如c++中的vector頭文件里面就有這個push_back函數,在vector類中作用為在vector尾部加入一個數據。string中也有這個函數,作用是字符串之后插入一個字符。簡單地說,vector是一個能夠存放任意類型的動態(tài)數組,能夠增加和壓縮數據。
   本文是指標準模板庫(stl)中容器的pushback()操作函數,那么是指在容器尾端插入一項數據,比如

#include<iostream>
#include"vector"http://vscode下#include<vector.h>報錯 
#include"algorithm"
using namespace std;

void main01(){
    vector<int> a(3);//int型vector,包含3個元素  
    a.push_back(10);
    //打印
    for(vector<int>::iterator it = a.begin();it!=a.end();it++)  
    {  
        cout<<*it<<"     ";  
    }  
    cout<<endl;  
}

int main()
{
    main01();
    return 0;
}

結果:

0   0   0  10



暴力法代碼O(n^2):

class Solution {
public:
    vector<int> twoSum(vector<int>& nums, int target) {
        
        vector<int> res;
        for(int i=0;i<nums.size()-1;i++)
        for(int j=i+1;j<nums.size();j++)
        {
            if(nums[i]+nums[j]==target)
            {
              res.push_back(i);
              res.push_back(j);  
            }
        }
        return res;
      
    }
};



2.哈希map復雜度O(n)

思路:耗費O(n)空間構造哈希表,遍歷數組每個元素nums[i],哈希表對應存儲<target - nums[i], i>,存儲nums[i]期望的“另一半”,一旦哈希表中包含nums[i],代表“另一半”早已存儲在哈希表中,直接返回即可;
復雜度分析:時間復雜度O(n),空間復雜度O(n)

說明:
C++中map提供的是一種鍵值對容器,里面的數據都是成對出現(xiàn)的,如下圖:每一對中的第一個值稱之為關鍵字(key),每個關鍵字只能在map中出現(xiàn)一次;第二個稱之為該關鍵字的對應值。如 map[1120217]="Nikhilesh"map基本介紹

Snipaste_2018-06-06_23-31-03.png

C++代碼:

class Solution {
public:
    vector<int> twoSum(vector<int>& nums, int target) {
        unordered_map<int,int> m;
        vector<int> res;
        for(int i=0;i<nums.size();i++)
        {
             //m[target-nums[i]]=i;導致沖突target是自身2倍
            if(m.count(nums[i]))//查找map里是否匹配理想的值
            {
              return {m[nums[i]],i};
            }
             m[target-nums[i]]=i;
        }
        return {};
      
    }
};

反例: //m[target-nums[i]]=i;導致沖突target是自身2倍,到底是先放還是后放入hash表中,邏輯!邏輯!邏輯!一定要搞清楚,不要亂,

Snipaste_2018-06-07_00-17-43.png

總結:邏輯上是先在存放 之前理想值的 hash表 里找  是否是  當前的值,首先最開始的第一個元素不需要查找,因為它肯定沒有之前的理想值。


3.排序查找法

思路:首先將數組排序O(nlogn),然后通過雙指針 leftright分別從數組兩端同時遍歷,但排序會打亂原來數組index的順序。我們可以建立一個class/struct/pair來存儲val/index,并overload operator < 來以val值排序。保存數組排序前的元素位置(空間復雜度(O(n)),
復雜度分析:時間復雜度O(nlog(n)),空間復雜度(O(n))或者O(1)


代碼C++:

class Solution {
    class elem{
    public:
        int val;
        int index;
        elem(int v,int i):val(v),index(i){}
        bool operator<(const elem &e)const{
            return val<e.val;
        }
    };
public:
    vector<int> twoSum(vector<int>& nums, int target) {
        //vector<int> res;替換這樣運行不了
        vector<int> res(2,1);//兩個值為1的vector
        vector<elem> arr;
        for(int i=0;i<nums.size();i++)
            arr.push_back(elem(nums[i],i));
        
        sort(arr.begin(),arr.end());
        int left=0,right=arr.size()-1;
        while(left<right){
           if(arr[left].val+arr[right].val==target) {
               res[0]=min(arr[left].index,arr[right].index);
               res[1]=max(arr[left].index,arr[right].index);
               break;
           }
            else if(arr[left].val+arr[right].val<target)
                left++;
            else
                right--;
      }
     
      return res;
    }
};

15. 三數之和

給定一個包含 n 個整數的數組 nums,判斷 nums 中是否存在三個元素 a,b,c ,使得 a + b + c = 0 ?找出所有滿足條件且不重復的三元組。

例如, 給定數組 nums = [-1, 0, 1, 2, -1, -4],
滿足要求的三元組集合為:
[
[-1, 0, 1],
[-1, -1, 2]
]

題目鏈接
思想參考
C++創(chuàng)建動態(tài)二維數組
vector<vector<string>> 二維向量遍歷輸出

注意:答案中不可以包含重復的三元組。

分析:和上題排序二分查找思想一樣

解法一:c++ code:AC 95%

#include<iostream>
#include<string>
#include<algorithm>
#include<vector>
#include<sstream>
#include<assert.h>
#include<math.h>


using namespace std;

bool compare(int i, int j)
{
    return (i < j);
} 
class Solution {
public:

    vector<vector<int>> threeSum(vector<int>& nums) {
        int len = nums.size();
        //vector<vector<int>>res(len,vector<int>(3));
        vector<vector<int>>res;

        /*vector<vector <int> > ivec;
        ivec.resize(len);
        for (int i = 0; i<len; i++) ivec[i].resize(3);*/
        //排序后用二分查找思想
        sort(nums.begin(),nums.end(),compare);
        if (nums.empty()||nums.front()>0||nums.back()<0) return{};
        for (int t = 0; t < nums.size(); t++)
        {
            if (nums[t]>0)break;
            if (t>0 && nums[t] == nums[t-1])continue;//去重復++t不行還有可能三個連續(xù)的
            int target = 0-nums[t];

            int i = t + 1, j = len - 1;

            while (i < j)
            {
                ////不能放在這里,反例000
                //while (i < j&&nums[i] == nums[i + 1]) ++i;
                //while (i < j&&nums[j] == nums[j - 1]) --j;
                if (target == (nums[i] + nums[j]))
                {   
                    res.push_back({ nums[t], nums[i], nums[j] });
                    //必須收集完之后去重
                     while (i < j&&nums[i] == nums[i + 1]) ++i;
                     while (i < j&&nums[j] == nums[j - 1]) --j;
                    ++i; --j;
                }
            
                else if (target < (nums[i] + nums[j]))
                {
                    j--;
                }
                else
                {
                    i++;
                }
            }
        }
        return res;
    }
};
void trimLeftTrailingSpaces(string &input) {
    input.erase(input.begin(), find_if(input.begin(), input.end(), [](int ch) {
        return !isspace(ch);
    }));
}

void trimRightTrailingSpaces(string &input) {
    input.erase(find_if(input.rbegin(), input.rend(), [](int ch) {
        return !isspace(ch);
    }).base(), input.end());
}

vector<int> stringToIntegerVector(string input) {
    vector<int> output;
    trimLeftTrailingSpaces(input);
    trimRightTrailingSpaces(input);
    input = input.substr(1, input.length() - 2);
    stringstream ss;
    ss.str(input);
    string item;
    char delim = ',';
    while (getline(ss, item, delim)) {
        output.push_back(stoi(item));
    }
    return output;
}


int main() {
    string line;
    while (getline(cin, line)) {
        vector<int> height = stringToIntegerVector(line);

        vector<vector<int>> threeSum = Solution().threeSum(height);
        vector<int>temp_vect;
        for (vector<vector<int>>::iterator ite = threeSum.begin(); ite != threeSum.end(); ite++)
        {
            temp_vect = *ite;
            for (vector<int>::iterator jte = temp_vect.begin(); jte != temp_vect.end(); jte++)
            {
                cout << *jte<<" ";

            }cout << endl;
        }
    }
    return 0;
}

解法二:c++ code:AC 12.5%

上述考慮了去重比較麻煩,可以用set解決:

 bool compare(int i, int j)
{
    return (i < j);
} 
class Solution {
public:

    vector<vector<int>> threeSum(vector<int>& nums) {
        int len = nums.size();
        //vector<vector<int>>res(len,vector<int>(3));
        set<vector<int>>res;

        /*vector<vector <int> > ivec;
        ivec.resize(len);
        for (int i = 0; i<len; i++) ivec[i].resize(3);*/
        //排序后用二分查找思想
        sort(nums.begin(),nums.end(),compare);
        if (nums.empty()||nums.front()>0||nums.back()<0) return{};
        for (int t = 0; t < nums.size(); t++)
        {
            if (nums[t]>0)break;
             
            int target = 0-nums[t];

            int i = t + 1, j = len - 1;

            while (i < j)
            {
         
                if (target == (nums[i] + nums[j]))
                {   
                    res.insert({ nums[t], nums[i], nums[j] });
                    ++i; --j;
                }
            
                else if (target < (nums[i] + nums[j]))
                {
                    j--;
                }
                else
                {
                    i++;
                }
            }
        }
        return vector<vector<int>>(res.begin(),res.end());
    }
};

16 . 最接近的三數之和

通過分析:我們可以想到一種時間復雜度為O(n^2)的解法:假設數組中有l(wèi)en個元素,首先我們將數組中的元素按照從小到大的順序進行排序。其次,看最終取出的三個數中的第一個數,若數組長度為n,那么有n種取法。假設取的第一個數是A[i],那么第二三兩個數從A[i+1]~A[len]中取出。找到“第一個數為A[i]固定,后兩個數在A[i]后面元素中取。并且三數之和離target最近的情況。”這時,我們用兩個指針j,k分別指向A[i+1]和A[len],如果此時三數之和A[i]+A[j]+A[k]<target,說明三數之和小了,我們將j后移一格;反之,若和大于target,則將k前移一格;直到j和k相遇為止。在這期間,保留與target最近的三數之和。一旦發(fā)現(xiàn)有“和等于target的情況”,立即輸出即可。
核心代碼:c++ code AC 93%

class Solution {
public:
    int threeSumClosest(vector<int>& nums, int target) {
        int len = nums.size();   
        sort(nums.begin(),nums.end());
        if (nums.empty() || nums.size()<3) return{};
        int res = nums[0] + nums[1] + nums[2];
        int min = abs(res - target);
         
        for (int i = 0; i < nums.size(); i++)
        {
            int j = i + 1, k =len - 1;
            while (j < k)
            {
                int temp = abs(nums[i] + nums[j] + nums[k] - target);
                if (temp<min)
                {
                    res = nums[i] + nums[j] + nums[k];
                    min = temp;
                }
                if (nums[i] + nums[j] + nums[k] < target) ++j;

                else if (nums[i] + nums[j] + nums[k] == target)
                         return target;
                else --k;
            }
        }
        return res;
    }
};

完整測試代碼:

#include<iostream>
#include<string>
#include<algorithm>
#include<vector>
#include<set>
#include<sstream>
#include<assert.h>
#include<math.h>
using namespace std;
class Solution {
public:
    int threeSumClosest(vector<int>& nums, int target) {
        int len = nums.size(); 
        sort(nums.begin(),nums.end());
        if (nums.empty() || nums.size()<3) return{};
        int res = nums[0] + nums[1] + nums[2];
        int min = abs(res - target); 
        for (int i = 0; i < nums.size(); i++)
        {
            int j = i + 1, k =len - 1;
            while (j < k)
            {
                int temp = abs(nums[i] + nums[j] + nums[k] - target);
                if (temp<min)
                {
                    res = nums[i] + nums[j] + nums[k];
                    min = temp;
                }
                if (nums[i] + nums[j] + nums[k] < target) ++j;

                else if (nums[i] + nums[j] + nums[k] == target)
                         return target;
                else --k;
            }
        }
        return res;
    }
};
void trimLeftTrailingSpaces(string &input) {
    input.erase(input.begin(), find_if(input.begin(), input.end(), [](int ch) {
        return !isspace(ch);
    }));
}

void trimRightTrailingSpaces(string &input) {
    input.erase(find_if(input.rbegin(), input.rend(), [](int ch) {
        return !isspace(ch);
    }).base(), input.end());
}

vector<int> stringToIntegerVector(string input) {
    vector<int> output;
    trimLeftTrailingSpaces(input);
    trimRightTrailingSpaces(input);
    input = input.substr(1, input.length() - 2);
    stringstream ss;
    ss.str(input);
    string item;
    char delim = ',';
    while (getline(ss, item, delim)) {
        output.push_back(stoi(item));
    }
    return output;
}
int stringToInterger(string s)
{
    return stoi(s);
}

int main() {
    string line;
    while (getline(cin, line)) {
        vector<int> height = stringToIntegerVector(line);

        getline(cin, line);
        int target = stringToInterger(line);
        int res = Solution().threeSumClosest(height, target);
        cout << res << endl;
    }
    return 0;
}


參考1
參考2
Leetcode16. 最接近的三數之和.參考

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