专栏名称: 吴师兄学算法
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一文多图带你看看如何用「对撞指针」思想巧解数组题目

吴师兄学算法  · 公众号  ·  · 2020-12-22 10:30

正文

欢迎来到算法小课堂,今天分享的内容是对撞指针在数组中的应用。

分享的题目是LeetCode中的:

  • 167.两数之和||-输入有序数组
  • 125.验证回文串
  • 11.盛最多水的容器

接下来,逐一看下如何用对撞指针的思想来解答这三道题目。


01

LeetCode #167 两数之和||

题目描述:

给定一个已按照 升序排列 的有序数组,找到两个数使得它们相加之和等于目标数。

函数应该返回这两个下标值 index1 和 index2,其中 index1 必须小于 index2。

说明:
返回的下标值(index1 和 index2)不是从零开始的。
你可以假设每个输入只对应唯一的答案,而且你不可以重复使用相同的元素。
示例:
输入: numbers = [2, 7, 11, 15], target = 9
输出: [1,2]
解释: 2 与 7 之和等于目标数 9 。因此 index1 = 1, index2 = 2 。


思路分析:
对于该题目可以用暴力解法来解决,使用双重for循环,第一重for循环每次选取一个数,第二重for循环每次从剩余的数中选取一个数,然后计算两数之和,将其值与目标值比较。代码实现如下:
public int[] twoSum(int[] numbers, int target) { int[] res = new int[2]; for(int i = 0; i < numbers.length; i++) { for(int j = i + 1; j < numbers.length; j++) { if (numbers[i] + numbers[j] == target) { res[0] = i+1; res[1] = j+1; } } } return res;}
接着,我们以数组{2,7,11,15},目标值18来举例说明一下双重for循环这种实现方式的不足之处。
当第一重for循环考察的元素为2时,需要将其和剩余元素7、11、15分别进行求和。但是,剩余元素中最大值是15,其与元素2相加的结果是17,小于目标值18。
也就是说,由于数组是升序排列的,如果可以先计算元素2与元素15的和的话,那么元素2就没有必要与元素15之前的元素7、11再次进行求和计算了。
同样的对于元素15来说,按上述代码实现方式,它需要和元素2、7、11分别进行一次求和计算。但当元素15与元素7进行求和计算时,其和为22,已经大于目标值18。
又由于数组是升序排列的,那么元素7之后的元素11就没有必要与元素15进行求和计算了,因为其和必然大于目标值18。
通过上述分析,由于题目中给定的是一个按照升序排列的数组,我们可以初步得出一个结论,那就是对于该题目来说: 并不是数组中的每个数都需要和剩余的数逐一进行求和计算。
那么怎么避免这种情况呢?接下来看下如何用对撞指针的思路来优化上述实现方式。
我们还是以数组 numbers = [2, 7, 11, 15], target = 18 为例进行讲解。
首先,定义左侧指针left指向数组中第一个元素,右侧指针right指向数组中最后一个元素。
此时,numbers[left]+numbers[right]=17小于target=18。

因为数组是升序排列的,为了让两个数的和 变大 一些,应将左侧指针left向右移动一位,也就是元素2没有必要在与剩余的未考察元素7、11进行求和计算了。
此时,numbers[left]+numbers[right]=22大于target=18。

同样,由于数组是升序排列的,为了让两个数的和 变小 一些,应将右侧指针向左移动一位。同样的,右侧指针向左移动一位,表示元素15没有必要与剩余的未考察元素15进行求和计算了。
此时,numbers[left]+numbers[right]=18等于target=18。因此,找到了两个数7和11,其和等于目标值。
对撞指针代码实现思路如下:
public int[] twoSum(int[] numbers, int target) { int[] res = new int[2];
// 定义左侧指针left,指向数组中第一个元素 int left = 0;
// 定义右侧指针right,指向数组中最后一个元素 int right = numbers.length - 1;
while (left < right) { // 如果左侧指针与右侧指针所指向的元素和等于目标值,则返回结果 if (numbers[left] + numbers[right] == target) { res[0] = left + 1; res[1] = right + 1; return res; }else if (numbers[left] + numbers[right] < target) { // 如果左侧指针与右侧指针所指向的元素和小于目标值 // 因为数组是升序排列的,为了让两数之和变大一些 // 因此应将左侧指针向右移动一位 left++; }else if (numbers[left] + numbers[right] > target) { // 如果左侧指针与右侧指针所指向的元素和大于目标值 // 因为数组是升序排列的,为了让两数之和变小一些 // 因此应将右侧指针向左移动一位 right--; } }
return res;}


02
LeetCode #125 验证回文串
题目描述:
给定一个字符串,验证它是否是回文串,只考虑字母和数字字符,可以忽略字母的大小写。
说明:本题中,我们将空字符串定义为有效的回文串
示例:
输入: "race a car"
输出: false


思路分析:
回文串是一种从左到右读和从右到左读都一样的字符串。题目中描述的回文串是忽略字母大小写并且只考虑字母和数字字符。
接下来以字符串"@CaTnAc#"为例来看一下如何用对撞指针的方法判断一个字符串是否是回文串。

因为题目描述中是忽略字符串大小写的,因此先将字符串中所有字符转为小写字母。

然后,分别定义左指针left,指向字符串左边第一个元素;右指针right指向字符串右边第一个元素。

先看左指针left,当前指向的元素是”@“字符,不是字母也不是数字。因此,left需要向右移动一位。同理,指针right也应向左移动一位。
这时指针left指向的字符”c“与指针right指向的字符”c“是一样的。

因此指针left向右继续移动一位,指针right向左继续移动一位,考察下一对字符。
同理,这时指针left指向的字符”a“与指针right指向的字符”a“是一样的。

因此指针left向右继续移动一位,指针right向左继续移动一位,考察下一对字符。
这时,指针left指向的字符”t“与right指向的字符”n“是不同的,也就是说字符串"@CaTnAc#"不是回文串。 至此,即使有剩余的字符也就不需要考虑了。

通过上述分析,不论左指针left还是右指针right,其向前移动的情况有两种:
  • 一是当前考察的字符不是字母或数字
  • 二是当前指针left与指针right指向的字符相同
最后如果指针left与指针right指向的字符不同,则该字符串不是回文串。当指针left指向的位置大于指针right指向的位置时,说明所有字符考察完毕,则所考察的字符串是回文串。代码实现如下:
public boolean isPalindrome(String s) { String lowerCase = s.toLowerCase();
int left = 0; int right = lowerCase.length() - 1; while (left < right) { // 指针left小于指针right且当前考察的字符不是字母或数字,指针left向左移动 while (left < right && !Character.isLetterOrDigit(lowerCase.charAt(left))) { left++; }
// 指针left小于指针right且当前考察的字符不是字母或数字,指针right向右移动 while (left < right && !Character.isLetterOrDigit(lowerCase.charAt(right))) { right--; }
// 如果指针left指向的字符与指针right指向的字符不同,则不是回文串 if (lowerCase.charAt(left) != lowerCase.charAt(right)) { return false; }
// 指针left左移,指针right右移,继续考察下一对字符 left++; right--; }
return true;}

03
LeetCode #11 盛最多水的容器
题目描述:
给你 n 个非负整数 a1,a2,...,an,每个数代表坐标中的一个点 (i, ai) 。在坐标内画 n 条垂直线,垂直线 i 的两个端点分别为 (i, ai) 和 (i, 0) 。找出其中的两条线,使得它们与 x 轴共同构成的容器可以容纳最多的水。
说明:你不能倾斜容器。
示例:

输入 :[1,8,6,2,5,4,8,3,7]






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