关于大数据:算法双指针问题解决思路

算法中的双指针应用，有时候会感觉很奇妙，解决了很多的问题，有必要演绎总结一下，首先双指针也是个很宽泛的概念，它相似于遍历中的 i 和 j 然而其区别是，两个指针是同时挪动的，即没有奉献复杂度从 O(N) 到 O(N*N)，所以被很多算法大佬所推崇，所以基于此演绎总结出双指针的常见解法和套路。

1. 题型演绎

这里将题型演绎为三种，别离如下：

• 快慢指针（前后按不同步调的两个指针）
• 前后双端指针（一个在首，一个在尾部，向两头聚拢）
• 固定距离的指针（以 i, i + k 的间距的两个指针）

后面讲到，这三种指针都是遍历一次数组即可实现，其工夫复杂度低于或者等于 O(N)，空间复杂度是 O(1) 因为就两个指针存储。

2. 常见题型

2.1 快慢指针

相当经典的一道题：

• 判断链表是否有环 -

通过步调不统一的两个指针，一前一后一起挪动，直到指针重合了

https://leetcode.com/problems/linked-list-cycle/description，代码片段如下：

public boolean hasCycle(ListNode head) {
    ListNode slow = head;
          ListNode fast = head;
    while (slow != null && fast != null) {
                 ListNode n = fast.next;
     fast = n == null ? null : n.next;
     if (slow == fast) {return true;}
                 slow = slow.next;
    }
    return false;
    }

• 寻找反复复数，从数组中找出一个反复的整数：https://leetcode-cn.com/problems/find-the-duplicate-number/

代码解决如下：

public int findDuplicate(int[] nums) {
        // 将其看成是一个循环的链表，快慢指针循环
        int index1 = 0;
        int index2 = 0;
        do
        {index1 = nums[index1];
            index2 = nums[index2];
            index2 = nums[index2];
            
        }while (nums[index1] != nums[index2]);
        index1 = 0;
// 找出在哪个地位为起始点，可证必然在圆圈终点相遇
        while(index1 != index2){index1 = nums[index1];
            index2 = nums[index2];
        }
        return index1;
    }

2.2 前后首尾端点指针

• 二分查找

二分查找是典型的前后指针的题型，代码如下：

public static int binarySearch(int[] array, int targetElement) {int leftIndex = 0, rightIndex = array.length - 1, middleIndex = (leftIndex + rightIndex) / 2;
    
    while(leftIndex <= rightIndex) {int middleElement = array[middleIndex];
      if(targetElement < middleElement) {rightIndex = middleIndex - 1;}else if(targetElement > middleElement) {leftIndex = middleIndex + 1;}else {return middleIndex;}
      
      middleIndex = (leftIndex + rightIndex) / 2;
    }
    
    return -1;
  }

2.3 固定距离的指针

• 求链表中点 https://leetcode-cn.com/problems/middle-of-the-linked-list/

// 快指针 q 每次走 2 步，慢指针 p 每次走 1 步，当 q 走到开端时 p 正好走到两头。class Solution {public ListNode middleNode(ListNode head) {
        ListNode p = head, q = head;
        while (q != null && q.next != null) {
            q = q.next.next;
            p = p.next;
        }
        return p;
    }
}

• 求链表倒数第 k 个元素 https://leetcode-cn.com/problems/lian-biao-zhong-dao-shu-di-kge-jie-dian-lcof/

    // 快慢指针，先让快指针走 k 步，而后两个指针同步走，当快指针走到头时，慢指针就是链表倒数第 k 个节点。public ListNode getKthFromEnd(ListNode head, int k) {
        
        ListNode frontNode = head, behindNode = head;
        while (frontNode != null && k > 0) {

            frontNode = frontNode.next;
            k--;
        }

        while (frontNode != null) {

            frontNode = frontNode.next;
            behindNode = behindNode.next;
        }

        return behindNode;
    }

3. 模板总结

看完三个代码，是不是感觉很简略，上面总结一下三种双指针的代码模板

// 1. 快慢指针
l = 0
r = 0
while 没有遍历完
  if 肯定条件
    l += 1
  r += 1
return 适合的值

//2. 左右端点指针
l = 0
r = n - 1
while l < r
  if 找到了
    return 找到的值
  if 肯定条件 1
    l += 1
  else if  肯定条件 2
    r -= 1
return 没找到

//3. 固定间距指针
l = 0
r = k
while 没有遍历完
  自定义逻辑
  l += 1
  r += 1
return 适合的值 

吴邪，小三爷，混迹于后盾，大数据，人工智能畛域的小菜鸟。
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