LeetCode 16-20 题详解 Java版 ( 万字图文详解 LeetCode 算法题16-20 =====＞＞＞＜建议收藏＞)

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2022-09-13 00:28 159阅读 0赞

### 目录 ###

*  第16题. 3Sum Closest
 *  题目描述（中等难度）
 *  解法一 暴力解法
 *  解法二
 *  总
 *  第17题. Letter Combinations of a Phone Number
 *  题目描述（中等难度）
 *  解法一 定义相乘
 *  解法二 队列迭代
 *  解法三 递归
 *  总
 *  第18题: 4Sum
 *  题目描述（中等难度）
 *  总
 *  第19题: Remove Nth Node From End of List
 *  
 *  题目描述（中等难度）
 *  解法一
 *  解法二 遍历一次链表
 *  解法三
 *  总
 *  第20题 : Valid Parentheses
 *  题目描述（简单难度）
 *  总
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# 第16题. 3Sum Closest #

# 题目描述（中等难度） #

![img][]

和[上一道题][Link 1]很类似，只不过这个是给一个目标值，找三个数，使得他们的和最接近目标值。

# 解法一 暴力解法 #

遍历所有的情况，然后求出三个数的和，和目标值进行比较，选取差值最小的即可。本以为时间复杂度太大了，神奇的是，竟然 AC 了。

public int threeSumClosest(int[] nums, int target) {
        
        int sub = Integer.MAX_VALUE; //保存和 target 的差值
        int sum = 0; //保存当前最接近 target 的三个数的和
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        
            for (int j = i + 1; j < nums.length; j++)
                for (int k = j + 1; k < nums.length; k++) {
        
                    if (Math.abs((nums[i] + nums[j] + nums[k] - target)) < sub) {
        
                        sum = nums[i] + nums[j] + nums[k];
                        sub = Math.abs(sum - target);
                    }
                }
        }
        return sum;
    }

时间复杂度：O（n³），三层循环。

空间复杂度：O（1），常数个。

# 解法二 #

受到[上一题][Link 1]的启发，没有看的，推荐大家可以看一下。我们完全可以先将数组排序，然后先固定一个数字，然后利用头尾两个指针进行遍历，降低一个 O（n）的时间复杂度。

如果 sum 大于 target 就减小右指针，反之，就增加左指针。

public int threeSumClosest(int[] nums, int target) {
        
        Arrays.sort(nums);
        int sub=Integer.MAX_VALUE;
        int sum=0;
        for(int i=0;i<nums.length;i++){
         
            int lo=i+1,hi=nums.length-1;
            while(lo<hi){
        
                if(Math.abs((nums[lo]+nums[hi]+nums[i]-target))<sub){
        
                    sum=nums[lo]+nums[hi]+nums[i];
                    sub=Math.abs(sum-target);
                }
                if(nums[lo]+nums[hi]+nums[i]>target){
        
                    hi--;
                }else{
        
                    lo++;
                }
            }
        }
        return sum;
    }

时间复杂度：如果是快速排序的 O(logn)O(log\_n)O(logn) 再加上 O（n²），所以就是 O（n²）。

空间复杂度：O（1）。

# 总 #

和上一道题非常非常的相似了，先对数组排序，然后利用两头的指针，可以说是十分的优雅了。

# 第17题. Letter Combinations of a Phone Number #

# 题目描述（中等难度） #

![img][img 1]

给一串数字，每个数可以代表数字键下的几个字母，返回这些数字下的字母的所有组成可能。

# 解法一 定义相乘 #

自己想了用迭代，用递归，都理不清楚，灵机一动，想出了这个算法。

把字符串 “23” 看成 \[“a”,“b”,c\] \* \[“d”,“e”,“f”\] ，而相乘就用两个 for 循环实现即可，看代码应该就明白了。

public List<String> letterCombinations(String digits) {
        
        List<String> ans = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < digits.length(); i++) {
        
            ans = mul(ans, getList(digits.charAt(i) - '0'));
        }
        return ans;
    
    }
    
    public List<String> getList(int digit) {
        
            String digitLetter[] = {
         "", "", "abc", "def", "ghi", "jkl", "mno", "pqrs", "tuv", "wxyz" };
            List<String> ans = new ArrayList<String>();
            for (int i = 0; i < digitLetter[digit].length(); i++) {
        
                ans.add(digitLetter[digit].charAt(i) + "");
            }
              return ans;
        }
    //定义成两个 List 相乘
    public List<String> mul(List<String> l1, List<String> l2) {
        
        if (l1.size() != 0 && l2.size() == 0) {
        
            return l1;
        }
        if (l1.size() == 0 && l2.size() != 0) {
        
            return l2;
        }
        List<String> ans = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < l1.size(); i++)
            for (int j = 0; j < l2.size(); j++) {
        
                ans.add(l1.get(i) + l2.get(j));
            }
        return ans;
    }

# 解法二 队列迭代 #

参考[这里][Link 2]，果然有人用迭代写了出来。主要用到了队列。

public List<String> letterCombinations(String digits) {
        
            LinkedList<String> ans = new LinkedList<String>();
            if(digits.isEmpty()) return ans;
            String[] mapping = new String[] {
        "0", "1", "abc", "def", "ghi", "jkl", "mno", "pqrs", "tuv", "wxyz"};
            ans.add("");
            for(int i =0; i<digits.length();i++){
        
                int x = Character.getNumericValue(digits.charAt(i));
                while(ans.peek().length()==i){
         //查看队首元素
                    String t = ans.remove(); //队首元素出队
                    for(char s : mapping[x].toCharArray())
                        ans.add(t+s);
                }
            }
            return ans;
        }

假如是 “23” ，那么

第 1 次 for 循环结束后变为 a, b, c；

第 2 次 for 循环的第 1 次 while 循环 a 出队，分别加上 d e f 然后入队，就变成 b c ad ae af

第 2 次 for 循环的第 2 次 while 循环 b 出队，分别加上 d e f 然后入队，就变成 c ad ae af bd be bf

第 2 次 for 循环的第 3 次 while 循环 c 出队，分别加上 d e f 然后入队，就变成 ad ae af bd be bf cd ce cf

这样的话队列的元素长度再也没有等于 1 的了就出了 while 循环。

# 解法三 递归 #

参考[这里][Link 3]

private static final String[] KEYS = {
         "", "", "abc", "def", "ghi", "jkl", "mno", "pqrs", "tuv", "wxyz" };
    
    public List<String> letterCombinations(String digits) {
        
        if(digits.equals("")) {
        
            return new ArrayList<String>();
        }
        List<String> ret = new LinkedList<String>();
        combination("", digits, 0, ret);
        return ret;
    }
    
    private void combination(String prefix, String digits, int offset, List<String> ret) {
        
        //offset 代表在加哪个数字
        if (offset == digits.length()) {
        
            ret.add(prefix);
            return;
        }
        String letters = KEYS[(digits.charAt(offset) - '0')];
        for (int i = 0; i < letters.length(); i++) {
        
            combination(prefix + letters.charAt(i), digits, offset + 1, ret);
        }
    }

![img][img 2]

从 a 开始 ，然后递归到 d ，然后 g ，就把 adg 加入，然后再加入 adh，再加入 adi … 从左到右，递归到底之后就将其加入。

# 总 #

这种题的时间复杂度和空间复杂度自己理的不太清楚就没有写了。

# 第18题: 4Sum #

# 题目描述（中等难度） #

![img][img 3]

和[3Sum][Link 1]类似，只不过是找四个数，使得和为 target，并且不能有重复的序列。

如果之前没有做过[3Sum][Link 1]可以先看看，自己在上边的基础上加了一个循环而已。

public List<List<Integer>> fourSum(int[] num, int target) {
        
        Arrays.sort(num);
        List<List<Integer>> res = new LinkedList<>();
        //多加了层循环
        for (int j = 0; j < num.length - 3; j++) {
        
            //防止重复的
            if (j == 0 || (j > 0 && num[j] != num[j - 1]))
                for (int i = j + 1; i < num.length - 2; i++) {
        
                    //防止重复的，不再是 i == 0 ，因为 i 从 j + 1 开始
                    if (i == j + 1 || num[i] != num[i - 1]) {
        
                        int lo = i + 1, hi = num.length - 1, sum = target - num[j] - num[i];
                        while (lo < hi) {
        
                            if (num[lo] + num[hi] == sum) {
        
                                res.add(Arrays.asList(num[j], num[i], num[lo], num[hi]));
                                while (lo < hi && num[lo] == num[lo + 1])
                                    lo++;
                                while (lo < hi && num[hi] == num[hi - 1])
                                    hi--;
                                lo++;
                                hi--;
                            } else if (num[lo] + num[hi] < sum)
                                lo++;
                            else
                                hi--;
                        }
                    }
                }
        }
        return res;
    }

时间复杂度：O（n³）。

空间复杂度：O（N），最坏情况，即 N 是指 n 个元素的排列组合个数，即 N=Cn4N=C^4\_nN=Cn4，用来保存结果。

# 总 #

完全是按照 3Sum 的思路写的，比较好理解。

# 第19题: Remove Nth Node From End of List #

#  #

# 题目描述（中等难度） #

![img][img 4]

给定一个链表，将倒数第 n 个结点删除。

# 解法一 #

删除一个结点，无非是遍历链表找到那个结点前边的结点，然后改变下指向就好了。但由于它是链表，它的长度我们并不知道，我们得先遍历一遍得到它的长度，之后用长度减去 n 就是要删除的结点的位置，然后遍历到结点的前一个位置就好了。

public ListNode removeNthFromEnd(ListNode head, int n) {
        
        int len = 0;
        ListNode h = head;
        while (h != null) {
        
            h = h.next;
            len++;
        }
        //长度等于 1 ，再删除一个结点就为 null 了
        if (len == 1) {
        
            return null;
        }
    
        int rm_node_index = len - n;
    
        //如果删除的是头结点
        if (rm_node_index == 0) {
        
            return head.next;
        }
    
        //找到被删除结点的前一个结点
        h = head;
        for (int i = 0; i < rm_node_index - 1; i++) {
        
            h = h.next;
        }
    
        //改变指向
        h.next = h.next.next;
        return head;
    }

时间复杂度：假设链表长度是 L ，那么就第一个循环是 L 次，第二个循环是 L - n 次，总共 2L - n 次，所以时间复杂度就是 O（L）。

空间复杂度：O（1）。

我们看到如果长度等于 1 和删除头结点的时候需要单独判断，其实我们只需要在 head 前边加一个空节点，就可以避免单独判断。

public ListNode removeNthFromEnd(ListNode head, int n) {
        
        ListNode dummy = new ListNode(0);
        dummy.next = head;
        int length  = 0;
        ListNode first = head;
        while (first != null) {
        
            length++;
            first = first.next;
        }
        length -= n;
        first = dummy;
        while (length > 0) {
        
            length--;
            first = first.next;
        }
        first.next = first.next.next;
        return dummy.next;
    }

# 解法二 遍历一次链表 #

上边我们遍历链表进行了两次，我们如何只遍历一次呢。

看了 [leetcode][] 的讲解。

想象一下，两个人进行 100m 赛跑，假设他们的速度相同。开始的时候，第一个人就在第二个人前边 10m ，这样当第一个人跑到终点的时候，第二个人相距第一个人依旧是 10m ，也就是离终点 10m。

对比于链表，我们设定两个指针，先让第一个指针遍历 n 步，然后再让它俩同时开始遍历，这样的话，当第一个指针到头的时候，第二个指针就离第一个指针有 n 的距离，所以第二个指针的位置就刚好是倒数第 n 个结点。

public ListNode removeNthFromEnd(ListNode head, int n) {
        
        ListNode dummy = new ListNode(0);
        dummy.next = head;
        ListNode first = dummy;
        ListNode second = dummy;
        //第一个指针先移动 n 步
        for (int i = 1; i <= n + 1; i++) {
        
            first = first.next;
        } 
        //第一个指针到达终点停止遍历
        while (first != null) {
        
            first = first.next;
            second = second.next;
        }
        second.next = second.next.next;
        return dummy.next;
    }

时间复杂度：

第一个指针从 0 到 n ，然后「第一个指针再从 n 到结束」和「第二个指针从 0 到倒数第 n 个结点的位置」同时进行。

而解法一无非是先从 0 到 结束，然后从 0 到倒数第 n 个结点的位置。

所以其实它们语句执行的次数其实是一样的，从 0 到倒数第 n 个结点的位置都被遍历了 2 次，所以总共也是 2L - n 次。只不过这个解法把解法一的两次循环合并了一下，使得第二个指针看起来是顺便遍历，想法很 nice。

所以本质上，它们其实是一样的，时间复杂度依旧是 O（n）。

空间复杂度：O（1）。

# 解法三 #

没看讲解前，和室友讨论下，如何只遍历一次链表。室友给出了一个我竟然无法反驳的观点，哈哈哈哈。

第一次遍历链表确定长度的时候，顺便把每个结点存到数组里，这样找结点的时候就不需要再遍历一次了，空间换时间？？？哈哈哈哈哈哈哈哈哈。

public ListNode removeNthFromEnd(ListNode head, int n) {
        
        List<ListNode> l = new ArrayList<ListNode>();
        ListNode h = head;
        int len = 0;
        while (h != null) {
        
            l.add(h);
            h = h.next;
            len++;
        }
        if (len == 1) {
        
            return null;
        }
        int remove = len - n;
        if (remove == 0) {
        
            return head.next;
        }
        //直接得到，不需要再遍历了
        ListNode r = l.get(remove - 1);
        r.next = r.next.next;
        return head;
    }

时间复杂度：O（L）。

空间复杂度：O（L）。

# 总 #

利用两个指针先固定间隔，然后同时遍历，真的是很妙！另外室友的想法也很棒，哈哈哈哈哈。

# 第20题 : Valid Parentheses #

# 题目描述（简单难度） #

![img][img 5]

括号匹配问题。

如果只有一种括号，我们完全可以用一个计数器 count ，遍历整个字符串，遇到左括号加 1 ，遇到右括号减 1，遍历结束后，如果 count 等于 0 ，则表示全部匹配。但如果有多种括号，像 ( \[ ) \] 这种情况它依旧会得到 0，所以我们需要用其他的方法。

栈！

遍历整个字符串，遇到左括号就入栈，然后遇到和栈顶对应的右括号就出栈，遍历结束后，如果栈为空，就表示全部匹配。

public boolean isValid(String s) {
        
        Stack<Character>  brackets  = new Stack<Character>(); 
        for(int i = 0;i < s.length();i++){
        
            char c = s.charAt(i);
            switch(c){
        
                case '(':
                case '[':
                case '{':
                    brackets.push(c); 
                    break;
                case ')':
                    if(!brackets.empty()){
        
                        if(brackets.peek()== '('){
        
                            brackets.pop();
                        }else{
        
                            return false;
                        }
                    }else{
        
                        return false;
                    }
                    break;
                case ']':
                    if(!brackets.empty()){
        
                        if(brackets.peek()=='['){
        
                            brackets.pop();
                        }else{
        
                            return false;
                        }
                    }else{
        
                        return false;
                    }
                    break;
                case '}':
                    if(!brackets.empty()){
        
                        if(brackets.peek()=='{'){
        
                            brackets.pop();
                        }else{
        
                            return false;
                        }
                    }else{
        
                        return false;
                    }
    
            }
        }
    
        return brackets.empty();
    }

时间复杂度：O（n）。

空间复杂度：O（n）。

# 总 #

如果学过数据结构，一定写过计算器，括号匹配问题一定遇到过的。

今天我们一起学习了LeetCode 题的算法分析,感谢大家阅读,觉得不错记得收藏哦!

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[Link 1]: https://leetcode.windliang.cc/leetCode-15-3Sum.html
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[Link 2]: https://leetcode.com/problems/letter-combinations-of-a-phone-number/discuss/8064/My-java-solution-with-FIFO-queue
[Link 3]: https://leetcode.com/problems/letter-combinations-of-a-phone-number/discuss/8097/My-iterative-sollution-very-simple-under-15-lines
[img 2]: /images/20220828/f6d68af433274c8ebd274a0883125445.png
[img 3]: /images/20220828/e5885d7bc7b1426ab67e90a6046ae692.png
[img 4]: /images/20220828/9b42f7cd83ce4a8daa698510ea42e9df.png
[leetcode]: https://leetcode.com/problems/remove-nth-node-from-end-of-list/solution/
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