关于算法:双指针技巧

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读完本文,你能够去力扣拿下如下题目:

141. 环形链表

141. 环形链表 II

167. 两数之和 II – 输出有序数组

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我把双指针技巧再分为两类,一类是「快慢指针」,一类是「左右指针」。前者解决次要解决链表中的问题,比方典型的断定链表中是否蕴含环;后者次要解决数组(或者字符串)中的问题,比方二分查找。

一、快慢指针的常见算法

快慢指针个别都初始化指向链表的头结点 head,后退时快指针 fast 在前,慢指针 slow 在后,奇妙解决一些链表中的问题。

1、断定链表中是否含有环

这应该属于链表最根本的操作了,如果读者曾经晓得这个技巧,能够跳过。

单链表的特点是每个节点只晓得下一个节点,所以一个指针的话无奈判断链表中是否含有环的。

如果链表中不含环,那么这个指针最终会遇到空指针 null 示意链表到头了,这还好说,能够判断该链表不含环。


boolean hasCycle(ListNode head) {while (head != null)
        head = head.next;
    return false;
}

然而如果链表中含有环,那么这个指针就会陷入死循环,因为环形数组中没有 null 指针作为尾部节点。

经典解法就是用两个指针,一个跑得快,一个跑得慢。如果不含有环,跑得快的那个指针最终会遇到 null,阐明链表不含环;如果含有环,快指针最终会超慢指针一圈,和慢指针相遇,阐明链表含有环。

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

2、已知链表中含有环,返回这个环的起始地位

这个问题一点都不艰难,有点相似脑筋急转弯,先间接看代码:

ListNode detectCycle(ListNode head) {
    ListNode fast, slow;
    fast = slow = head;
    while (fast != null && fast.next != null) {
        fast = fast.next.next;
        slow = slow.next;
        if (fast == slow) break;
    }
    // 下面的代码相似 hasCycle 函数
    slow = head;
    while (slow != fast) {
        fast = fast.next;
        slow = slow.next;
    }
    return slow;
}

能够看到,当快慢指针相遇时,让其中任一个指针指向头节点,而后让它俩以雷同速度后退,再次相遇时所在的节点地位就是环开始的地位。这是为什么呢?

第一次相遇时,假如慢指针 slow 走了 k 步,那么快指针 fast 肯定走了 2k 步,也就是说比 slow 多走了 k 步(也就是环的长度)。

设相遇点距环的终点的间隔为 m,那么环的终点距头结点 head 的间隔为 k – m,也就是说如果从 head 后退 k – m 步就能达到环终点。

巧的是,如果从相遇点继续前进 k – m 步,也恰好达到环终点。

所以,只有咱们把快慢指针中的任一个从新指向 head,而后两个指针同速后退,k – m 步后就会相遇,相遇之处就是环的终点了。

3、寻找链表的中点

相似下面的思路,咱们还能够让快指针一次后退两步,慢指针一次前进一步,当快指针达到链表止境时,慢指针就处于链表的两头地位。

while (fast != null && fast.next != null) {
    fast = fast.next.next;
    slow = slow.next;
}
// slow 就在两头地位
return slow;

当链表的长度是奇数时,slow 凑巧停在中点地位;如果长度是偶数,slow 最终的地位是两头偏右:

寻找链表中点的一个重要作用是对链表进行归并排序。

回忆数组的归并排序:求中点索引递归地把数组二分,最初合并两个有序数组。对于链表,合并两个有序链表是很简略的,难点就在于二分。

然而当初你学会了找到链表的中点,就能实现链表的二分了。对于归并排序的具体内容本文就不具体开展了。

4、寻找链表的倒数第 k 个元素

咱们的思路还是应用快慢指针,让快指针先走 k 步,而后快慢指针开始同速后退。这样当快指针走到链表开端 null 时,慢指针所在的地位就是倒数第 k 个链表节点(为了简化,假如 k 不会超过链表长度):

ListNode slow, fast;
slow = fast = head;
while (k-- > 0) 
    fast = fast.next;

while (fast != null) {
    slow = slow.next;
    fast = fast.next;
}
return slow;

二、左右指针的罕用算法

左右指针在数组中理论是指两个索引值,个别初始化为 left = 0, right = nums.length – 1。

1、二分查找

前文「二分查找」有具体解说,这里只写最简略的二分算法,旨在突出它的双指针个性:

int binarySearch(int[] nums, int target) {
    int left = 0; 
    int right = nums.length - 1;
    while(left <= right) {int mid = (right + left) / 2;
        if(nums[mid] == target)
            return mid; 
        else if (nums[mid] < target)
            left = mid + 1; 
        else if (nums[mid] > target)
            right = mid - 1;
    }
    return -1;
}

2、两数之和

间接看一道 LeetCode 题目吧:

只有数组有序,就应该想到双指针技巧。这道题的解法有点相似二分查找,通过调节 left 和 right 能够调整 sum 的大小:

int[] twoSum(int[] nums, int target) {
    int left = 0, right = nums.length - 1;
    while (left < right) {int sum = nums[left] + nums[right];
        if (sum == target) {
            // 题目要求的索引是从 1 开始的
            return new int[]{left + 1, right + 1};
        } else if (sum < target) {left++; // 让 sum 大一点} else if (sum > target) {right--; // 让 sum 小一点}
    }
    return new int[]{-1, -1};
}

3、反转数组

void reverse(int[] nums) {
    int left = 0;
    int right = nums.length - 1;
    while (left < right) {// swap(nums[left], nums[right])
        int temp = nums[left];
        nums[left] = nums[right];
        nums[right] = temp;
        left++; right--;
    }
}

4、滑动窗口算法

这兴许是双指针技巧的最高境界了,如果把握了此算法,能够解决一大类子字符串匹配的问题,不过「滑动窗口」略微比上述的这些算法简单些。

侥幸的是,这类算法是有框架模板的,而且这篇文章就解说了「滑动窗口」算法模板,帮大家秒杀几道 LeetCode 子串匹配的问题。

正文完
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