和可被K整除的子数组（Java详解）

小鱼儿 2024-02-05 22:27 64阅读 0赞

**目录**

一、题目描述

二、题解

思路分析

具体实现

完整代码

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## 一、题目描述 ##

给定一个整数数组 `nums` 和一个整数 `k` ，返回其中元素之和可被 `k` 整除的（连续、非空） **子数组** 的数目。

**子数组** 是数组的 **连续** 部分。

**示例：**

> **输入：nums = \[4,5,0,-2,-3,1\]，k = 5**
> 
> **输出：7**

> **输入：nums = \[ 5 \]，k = 9**
> 
> **输出：0**

## 二、题解 ##

### **思路分析** ###

首先我们很容易想到**暴力枚举**的方法，即遍历数组，在遍历每个元素的同时向后寻找元素之和能够被k整除的子数组

暴力枚举代码如下：

class Solution {
        public int subarraysDivByK(int[] nums, int k) {
           int ret = 0;
           for(int i = 0; i < nums.length; i++){
               int sum = 0;
               for(int j = i; j < nums.length; j++){
                   sum += nums[j];
                   if(sum % k == 0){
                       ret++;
                   }
               }
           }
           return ret;
        }
    }

其时间复杂度为O(![N^\{2\}][N_2])，当输入的nums数组较大时，会超出时间限制，因此，暴力枚举方式行不通，我们继续考虑其他方法

题目中要求我们找到元素之和可被k整除的（**连续**、非空）**子数组，**因此我们可以想到使用双指针的思路，即考虑使用滑动窗口来解决这个问题，然而，本题不能使用滑动窗口来解决

> **为什么不能使用滑动窗口？**

参照示例1，其输入的数组 **nums = \[4,5,0,-2,-3,1\]**，其中不仅有正整数，还有**零和负数，**

在使用**滑动窗口**时，当**窗口内元素满足条件时，要移动left指针，向前滑动窗口**，但在本题中，由于有**零和负整数**，在窗口内元素满足条件时，**不能移动left指针**，因为下一个元素可能是零，加入后任满足条件，也可能几个元素相加等于0，加入后也满足条件。因此，若是使用滑动窗口来解决本题，则会漏掉一些符合情况的子数组。

滑动窗口的思路也不行，我们继续思考新的方法，在涉及子数组问题时，我们也常使用前缀和来解决问题

> **什么是前缀和？**

**前缀和即某序列的前n项和**，类似于数学中的数列前n项和。即从首元素位置到i位置这个区间内所有元素之和，前缀和只是一种思路，其不仅可以求和，也可以求从首元素位置到i位置区间内的乘积等等。

我们以示例1为例子，先求前缀和数组，再通过前缀和数组来求解子数组，

![0da7d9637ff742a69edbfca411f548a1.png][]

然而，在这种情况下，当我们求解子数组时，仍然需要后遍历，求得从i到j位置的元素之和，再判断其是否符合条件，

![c14176c70d30495ea5b6780fe951dcdf.png][]

其时间复杂度仍是O(![N^\{2\}][N_2])

在通过前缀和数组求解子数组时，我们可以考虑向前遍历，即**i位置上的元素为到i位置的元素之和**

![70f3a3c0258f401fbb03c281f6ad8359.png][]

此时，若以i位置为结尾的区间内的元素能够被被k整除，则

![69e402ca89f94927ac7ad9efcda17fd8.png][]

此时dp\[i\] - dp\[j\] = mk，（m为系数），即dp\[i\]与dp\[j\]**同余**(**dp\[i\]取余 k 与dp\[j\]取余 k 的余数相同）（两数余数相同，在相减时就将余数消去，剩下的数便能整除k**)，此时，我们只需要找到，在i位置之前有多少个前缀和元素的余数与其前缀和相同，就能够得到以i位置为结尾的且能够被k整除的子数组个数。

> **然而，在求i位置之前有多少个前缀和元素的余数与其相同时，我们还需要再向前遍历一遍前缀和数组吗？**

我们可以使用**哈希表**，存储前缀和元素的余数及其个数，这样，便只需要计算dp\[i\]的余数，再从哈希表中找到相同余数的元素个数，就可知道以i位置为结尾的且能够被k整除的子数组个数了。

在分析完思路后，我们来考虑其具体实现过程：

### 具体实现 ###

> **首先我们需要一个哈希表，以前缀和元素模k的值为键，值的个数为值**

// key：模k的的值，value：key的个数
    Map<Integer, Integer> hash = new HashMap<>();

需要注意的是，在模k时，如果元素为负数，求出的值也为负数（例如 -4 % 5 = -4，-4 与 1 是同余的，若我们在哈希表中保存(-4, 1)，而 % i的结果为 1，并在哈希表中找到结果为1的元素个数，此时就漏掉了结果 为 -4 的情况），

因此我们需要对其进行处理，将其变为正数，可以将其+k，使其变成正数，即 dp\[i\] % k + k（-4 + 5 = 1）；当其为正数的时候则不需要 +k，若想要无需对元素进行正负数判断，则可在 +k 后再取余k，即 (**dp\[i\] % k + k) % k**，此时，若元素为正数，在 +k 后结果大于k，再对结果进行取余，又将其变为正确结果(（3 % 5 + 5）% 5）；若元素为负数，在 +k 后将负数变为正数，即正确结果，再对结果进行取余，仍是正确结果（（-4 % 5 + 5）% 5）

> **求出数组的前缀和数组**

由于哈希表中保存的是模k的值及其个数，因此我们不需要再创建一个前缀和数组用来保存前缀和，只需使用变量sum 来保存前i-1个元素的和

> **何时将结果放到哈希表中？**

我们要从哈希表中找到相同余数的元素个数，从而知道以i位置为结尾的且能够被k整除的子数组个数，因此哈希表中不能存放i位置之后的元素结果，因此，每遍历一个元素，就将其结果更新到哈希表中

> **然而，此时还有一个细节问题**

若以i位置为结尾的数组本身便能被k整除，此时模k的结果为 0，即从0位置到i位置的子数组之和能够被k整除，则在第一次出现该情况时，哈希表内没有key = 0的元素，会漏掉该结果，因此，我们需要处理这种特殊情况，即手动将(0, 1)放入哈希表中

### 完整代码 ###

class Solution {
        public int subarraysDivByK(int[] nums, int k) {
            // key：模k的的值，value：key的个数
           Map<Integer, Integer> hash = new HashMap<>();
           //处理特殊情况
            hash.put(0,1);
            int ret = 0;//子数组的个数
            int sum = 0;//用来保存前i-1个元素之和
            for(int i = 0; i < nums.length; i++){
                sum += nums[i];
                //求出与 前i个元素之和 同余的元素个数
                int same = hash.getOrDefault((sum % k + k) % k, 0);
                ret += same;//更新结果
                hash.put((sum % k + k) % k,same + 1);//更新哈希表
            }
            return ret;
        }
    }

**题目来自：**

[974. 和可被 K 整除的子数组 - 力扣（LeetCode）][974. _ K _ - _LeetCode]

[N_2]: https://latex.csdn.net/eq?N%5E%7B2%7D
[0da7d9637ff742a69edbfca411f548a1.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/01/30/a18991802b734f0cbe994abcdbd8a730.png
[c14176c70d30495ea5b6780fe951dcdf.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/01/30/d07edfcce15247999691198290dc9852.png
[70f3a3c0258f401fbb03c281f6ad8359.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/01/30/1e88af6dc0d04f7381f5994688dd4ab7.png
[69e402ca89f94927ac7ad9efcda17fd8.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/01/30/1e83fc3b762b4ff7b82f1276941e6293.png
[974. _ K _ - _LeetCode]: https://leetcode.cn/problems/subarray-sums-divisible-by-k/description/