题目:

给定一个蕴含红色、红色和蓝色、共 n 个元素的数组 nums ,原地对它们进行排序,使得雷同色彩的元素相邻,并依照红色、红色、蓝色顺序排列。

咱们应用整数 0、 1 和 2 别离示意红色、红色和蓝色。

必须在不应用库的sort函数的状况下解决这个问题。

示例:

输出: nums = [2,0,2,1,1,0]输入: [0,0,1,1,2,2]
  • n == nums.length
  • 1 <= n <= 300
  • nums[i] 为 01 或 2

进阶:

  • 你能够不应用代码库中的排序函数来解决这道题吗?
  • 你能想出一个仅应用常数空间的一趟扫描算法吗?

先贴代码:(GO语言)

func sortColors(nums []int) {   left, i, right := 0, 0, len(nums)-1   // 不变量: left之前(不蕴含nums[left])均为0,right之后(不蕴含nums[right])均为2   // all in [0,left) == 0   // all in [left,i) == 1   // all in (right,len) == 2   for i <= right {      if nums[i] == 0 {         nums[left], nums[i] = nums[i], nums[left]         left++         i++      } else if nums[i] == 2 {         nums[right], nums[i] = nums[i], nums[right]         right--      } else {         i++      }   }}

咱们能够借鉴疾速排序的思维对问题进行剖析。首先设置循环不变量如下:

  • [0,left) == 0,即left之前(不包含nums[left])不蕴含元素0之外的元素。
  • [left,i) == 1,即left和目前循环到的i之间不蕴含元素1之外的元素。
  • (right,len) == 2,即right之后(不包含nums[right])不蕴含元素2之外的元素。

算法解决步骤如下:

  • 初始left设为0i设为0right设为len-1,则为0的区间是[0,0),不蕴含元素。为1的区间是[0,0),不蕴含元素。为2的区间是(len-1,len),不蕴含元素。所以初始状态满足不变式要求。
  • 接下来的循环中,依据nums[i]的值进行保护不变式的操作。分为以下三种状况

    • nums[i]0时,替换nums[i]nums[left],并使lefti后移,满足不变式。
    • nums[i]1时,后移i,满足不变式。
    • nums[i]2时,替换nums[i]nums[right],并使right前移,满足不变式。留神替换后是nums[right]的值承受了本次循环的值判断,而替换后的nums[i]的值并没有承受值判断,所以不执行i的后移操作,须要在下一次循环中依据其值解决。
  • 因为后两个区间中iright均为开区间,若当i == right循环进行,则元素nums[i]也能够说是元素nums[right]没有通过分类解决,因而最终循环终止条件为i <= right,这样能力保障数组中的每个元素均被解决过,且最终三个区间均满足不变式,算法成立。

复杂度剖析:

  • 工夫复杂度:O(n),其中 n 是数组 nums 的长度。
  • 空间复杂度:O(1)。咱们只须要常数的空间存储若干变量。