Leetcode kSum問題
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kSumは一般にleetcode第1題2 Sum,leetcode第15題3 Sum,leetcode第18題4 Sumのような問題を指す.
私たちはまず1題1題を見て、それからこのような問題の解題方法をまとめました.
2 Sum(leetcode第1題)
に質問
二層forサイクル解法(O(N^2))
時間複雑度:O(N^2)
この解法は最も単純で直感的であるが,効率も最も低い.コミットするとすべてのtest caseを通過できず、タイムアウトするに違いありません.
ソート+two pointers(O(NlogN))
まずソートしてからtwo pointersを使用します.
時間複雑度:O(Nlog(N)+O(N),最終複雑度O(Nlog(N)))
HashMap一遍(O(N))
時間複雑度:O(N)
3 Sum(leetcode第5題)
に質問
ソート+two pointers
3 Sumは2 Sumと類似しており,先に紹介した2 Sumの最初の2つの解法は3 Sumと同様に有効である.第1の解法は3層forサイクルでタイムアウトするに違いない.まずソートしてtwo pointersで問題を解きます
時間複雑度:O(NlogN)+O(N 2),最終複雑度O(N 2)
4 Sum(leetcode第18題)
に質問
ぶんせき
3 Sum問題を解くときにnumの数を固定し,残りの配列要素でtwo pointers法を用いてtarget‐numの2つの数を探した.
解析をまとめると,kSumのような問題の解法を2つのステップに分けることができる. kSum問題を2 Sum問題 に変換 2解決2 Sum問題 kSumの問題の一般的な解法は以下の通りである.
kSum問題を解決した後、4 Sum問題の解法は簡単です.
時間複雑度:O(N^3).
私たちはまず1題1題を見て、それからこのような問題の解題方法をまとめました.
2 Sum(leetcode第1題)
に質問
Given an array of integers, return indices of the two numbers such that they add up to a specific target.
You may assume that each input would have exactly one solution, and you may not use the same element twice.
Example:
Given nums = [2, 7, 11, 15], target = 9,
Because nums[0] + nums[1] = 2 + 7 = 9,
return [0, 1].
二層forサイクル解法(O(N^2))
public int[] twoSum(int[] nums, int target) {
int[] res = new int[2];
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
for (int j = i + 1; j < nums.length; j++) {
if (nums[i] + nums[j] == target) {
res[0] = i;
res[1] = j;
return res;
}
}
}
return res;
}
時間複雑度:O(N^2)
この解法は最も単純で直感的であるが,効率も最も低い.コミットするとすべてのtest caseを通過できず、タイムアウトするに違いありません.
ソート+two pointers(O(NlogN))
まずソートしてからtwo pointersを使用します.
public int[] twoSum(int[] nums, int target) {
Arrays.sort(nums);
int i = 0, j = nums.length - 1;
int[] res = new int[2];
while (i < j) {
if (nums[i] + nums[j] == target) {
res[0] = i;
res[1] = j;
break;
} else if (nums[i] + nums[j] < target) {
i++;
} else {
j--;
}
}
return res;
}
時間複雑度:O(Nlog(N)+O(N),最終複雑度O(Nlog(N)))
HashMap一遍(O(N))
public int[] twoSum(int[] nums, int target) {
Map map = new HashMap<>();
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
map.put(nums[i], i);
}
int j = 0, k = 0;
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
int left = target - nums[i];
if (map.containsKey(left) && i != map.get(left)) {
j = i;
k = map.get(left);
break;
}
}
int[] res = new int[2];
res[0] = j;
res[1] = k;
return res;
}
時間複雑度:O(N)
3 Sum(leetcode第5題)
に質問
Given an array nums of n integers, are there elements a, b, c in nums such that a + b + c = 0? Find all unique triplets in the array which gives the sum of zero.
Note:
The solution set must not contain duplicate triplets.
Example:
Given array nums = [-1, 0, 1, 2, -1, -4],
A solution set is:
[
[-1, 0, 1],
[-1, -1, 2]
]
ソート+two pointers
3 Sumは2 Sumと類似しており,先に紹介した2 Sumの最初の2つの解法は3 Sumと同様に有効である.第1の解法は3層forサイクルでタイムアウトするに違いない.まずソートしてtwo pointersで問題を解きます
public List> threeSum(int[] nums) {
if (nums == null || nums.length < 3) {
return new ArrayList<>();
}
List> ret = new ArrayList<>();
Arrays.sort(nums);
for (int i = 0; i < nums.length - 2; i++) {
int num = nums[i];
if (i > 0 && nums[i] == nums[i - 1]) {
continue;
}
bSearch(nums, i + 1, nums.length - 1, -num, ret, i);
}
return ret;
}
private void bSearch(int[] nums, int start, int end, int targetTotal, List> ret, int index) {
int i = start, j = end;
while (i < j) {
if (targetTotal == nums[i] + nums[j]) {
List oneShot = new ArrayList<>();
oneShot.add(nums[index]);
oneShot.add(nums[i]);
oneShot.add(nums[j]);
ret.add(oneShot);
// triple ,
while (i < j && nums[i] == nums[i + 1]) {
i++;
}
while (i < j && nums[j] == nums[j - 1]) {
j--;
}
i++;
j--;
} else if (nums[i] + nums[j] > targetTotal) {
j--;
} else {
i++;
}
}
}
時間複雑度:O(NlogN)+O(N 2),最終複雑度O(N 2)
4 Sum(leetcode第18題)
に質問
Given an array nums of n integers and an integer target, are there elements a, b, c, and d in nums such that a + b + c + d = target? Find all unique quadruplets in the array which gives the sum of target.
Note:
The solution set must not contain duplicate quadruplets.
Example:
Given array nums = [1, 0, -1, 0, -2, 2], and target = 0.
A solution set is:
[
[-1, 0, 0, 1],
[-2, -1, 1, 2],
[-2, 0, 0, 2]
]
ぶんせき
3 Sum問題を解くときにnumの数を固定し,残りの配列要素でtwo pointers法を用いてtarget‐numの2つの数を探した.
解析をまとめると,kSumのような問題の解法を2つのステップに分けることができる.
/**
* All kSum problem can be divided to two parts:
* 1: convert kSum to 2Sum problem;
* 2: solve the 2Sum problem;
*
* @param k
* @param index
* @param nums
* @param target
* @return
*/
private List> kSum(int k, int index, int[] nums, int target) {
List> res = new ArrayList<>();
int len = nums.length;
if (k == 2) {
// two pointers 2Sum
int left = index, right = len - 1;
while (left < right) {
int sum = nums[left] + nums[right];
if (sum == target) {
List path = new ArrayList<>();
path.add(nums[left]);
path.add(nums[right]);
res.add(path);
// skip the duplicates
while (left < right && nums[left] == nums[left + 1]) {
left++;
}
while (left < right && nums[right] == nums[right - 1]) {
right--;
}
left++;
right--;
} else if (sum > target) {
right--;
} else {
left++;
}
}
} else {
// kSum 2Sum
for (int i = index; i < len - k + 1; i++) {
//
if (i > index && nums[i] == nums[i - 1]) {
continue;
}
// ,
List> kSubtractOneSum = kSum(k - 1, i + 1, nums, target - nums[i]);
if (kSubtractOneSum != null) {
for (List path : kSubtractOneSum) {
path.add(0, nums[i]); //
}
res.addAll(kSubtractOneSum);
}
}
}
return res;
}
kSum問題を解決した後、4 Sum問題の解法は簡単です.
public List> fourSum(int[] nums, int target) {
if (nums == null || nums.length < 4) {
return new ArrayList<>();
}
Arrays.sort(nums);
return kSum(4, 0, nums, target);
}
時間複雑度:O(N^3).