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Java详细讲解分析双指针法的使用

2024-04-02 19:04:59 452人浏览独家记忆

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摘要

目录前言1.判断链表是否有环2.查找链表中间的元素3.奇偶排序前奇后偶4.删除排序链表的重复元素5.三数之和6.分割链表7.合并两个有序的数组8.两数之和—输入有序数组9

前言

通常用在线性的数据结构中，比如链表和数组。

指针其实就是数据的索引或者链表的结点。两个指针朝着左右两个方向移动，直到满足搜索条件。双指针可分为同向双指针、异向双指针、快慢指针、滑动窗口。根据需求选择双指针的模型，比如删除数组或链表中重复的元素，同向双指针（线性表前提是有序的）；快慢指针一般用在链表中，比如求链表的中点、判断链表是否有环、判断链表换的起点、环的长度、以及链表的倒数第K个元素；比如在二分查找中用的就是异向双指针；滑动窗口其实就是在数组或者链表某个区间上的操作，比如求最长/最短子字符串或是特定子字符串的长度要求。

1.判断链表是否有环

力扣141题

给你一个链表的头节点 head ，判断链表中是否有环。

如果链表中有某个节点，可以通过连续跟踪 next 指针再次到达，则链表中存在环。为了表示给定链表中的环，评测系统内部使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置（索引从 0 开始）。注意：pos 不作为参数进行传递。仅仅是为了标识链表的实际情况。

如果链表中存在环，则返回 true 。否则，返回 false 。

代码实现

public class Solution {
    //快慢指针法
    public boolean hasCycle(Listnode head) {
        ListNode fast = head;
        ListNode low = head;
        while(fast != null && fast.next != null){
            fast = fast.next.next;
            low = low.next;
            //此时相遇了
            if(fast == low){
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
}

2.查找链表中间的元素

力扣876题

给定一个头结点为 head 的非空单链表，返回链表的中间结点。

如果有两个中间结点，则返回第二个中间结点。

代码实现

  //快慢指针法
    public ListNode middleNode(ListNode head) {
        ListNode low = head,fast = head;
        while(fast != null && fast.next != null){
            //慢指针走一步
            low = low.next;
            //快指针走两步
            fast = fast.next.next;
        }
        //奇数，fast.next = null时，low即为所求
        //偶数，fsat == null时，low即为所求
        return low;
    }

3.奇偶排序前奇后偶

力扣328题

给定单链表的头节点 head ，将所有索引为奇数的节点和索引为偶数的节点分别组合在一起，然后返回重新排序的列表。

第一个节点的索引被认为是奇数，第二个节点的索引为偶数，以此类推。

代码实现

 public ListNode oddEvenList(ListNode head) {
        if(head == null){
            return head;
        }
        ListNode fastHead = head.next;
        ListNode lowTail = head;//奇数链表
        ListNode fastTail = fastHead;//偶数链表
        while(fastTail != null && fastTail.next != null){
            //更新奇数节点时，奇数节点的后一个节点需要指向偶数节点的后一个节点
            lowTail.next = fastTail.next;
            lowTail = lowTail.next;
           // 更新偶数节点时，偶数节点的后一个节点需要指向奇数节点的后一个节点
            fastTail.next = lowTail.next;
            fastTail = fastTail.next;
        }
        //合并两个链表
        lowTail.next = fastHead;
        return head;
    }

4.删除排序链表的重复元素

力扣82题

给定一个已排序的链表的头 head ，删除原始链表中所有重复数字的节点，只留下不同的数字。返回已排序的链表

代码实现

 public ListNode deleteDuplicates(ListNode head) {
        //虚拟头节点法
        ListNode dummyHead = new ListNode(-1);
        dummyHead.next = head;
        ListNode prev = dummyHead;
        ListNode cur = prev.next;
        while(cur != null){
            //引入next指针
            ListNode next = cur.next;
            if(next == null){
                //只有一个元素
                return dummyHead.next;
            }
            if(cur.val != next.val){
                //cur不是重复节点，三指针都移动
                cur = cur.next;
                prev = prev.next;
            }else{
                //让next指针一直向后移动，直到与cur.val不相等的节点位置
                while(next != null && cur.val == next.val){
                    next = next.next;
                }
                // 此时next指向了第一个不重复的元素
                // 此时prev - next之间所有重复元素全部删除
                prev.next = next;
                cur = next;
            }
        }
        return dummyHead.next;
    }

5.三数之和

力扣15题

给你一个包含 n 个整数的数组 nums，判断 nums 中是否存在三个元素 a，b，c ，使得 a + b + c = 0 ？请你找出所有和为 0 且不重复的三元组。

注意：答案中不可以包含重复的三元组。

代码实现

 public List<List<Integer>> threeSum(int[] nums) {
        int n = nums.length;
        Arrays.sort(nums);
        List<List<Integer>> ans = new ArrayList<List<Integer>>();
        // 枚举 a
        for (int first = 0; first < n; ++first) {
            // 需要和上一次枚举的数不相同
            if (first > 0 && nums[first] == nums[first - 1]) {
                continue;
            }
            // c 对应的指针初始指向数组的最右端
            int third = n - 1;
            int target = -nums[first];
            // 枚举 b
            for (int second = first + 1; second < n; ++second) {
                // 需要和上一次枚举的数不相同
                if (second > first + 1 && nums[second] == nums[second - 1]) {
                    continue;
                }
                // 需要保证 b 的指针在 c 的指针的左侧
                while (second < third && nums[second] + nums[third] > target) {
                    --third;
                }
                // 如果指针重合，随着 b 后续的增加
                // 就不会有满足 a+b+c=0 并且 b<c 的 c 了，可以退出循环
                if (second == third) {
                    break;
                }
                if (nums[second] + nums[third] == target) {
                    List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
                    list.add(nums[first]);
                    list.add(nums[second]);
                    list.add(nums[third]);
                    ans.add(list);
                }
            }
        }
        return ans;
    }

6.分割链表

力扣面试题02.04

给你一个链表的头节点 head 和一个特定值 x ，请你对链表进行分隔，使得所有小于 x 的节点都出现在大于或等于 x 的节点之前。

你不需要保留每个分区中各节点的初始相对位置。

代码实现

 public ListNode partition(ListNode head, int x) {
        // 创建small和big两个小链表的头节点
        ListNode smallHead = new ListNode(-1);
        ListNode bigHead = new ListNode(-1);
        // 按照升序插入，因此需要尾插
        // 分别指向两个子链表的尾部
        ListNode smallTail = smallHead;
        ListNode bigTail = bigHead;
        //遍历原链表，根据值放入small和big链表中
        while(head != null){
            if(head.val < x){
                smallTail.next = head;
                smallTail = head;
            }else{
                bigTail.next = head;
                bigTail = head;
            }
            head = head.next;
        }
        bigTail.next = null;
        //拼接小链表和大链表
        smallTail.next = bigHead.next;
        return smallHead.next;
    }

7.合并两个有序的数组

力扣88题

给你两个按非递减顺序排列的整数数组 nums1 和 nums2，另有两个整数 m 和 n ，分别表示 nums1 和 nums2 中的元素数目。请你合并 nums2 到 nums1 中，使合并后的数组同样按非递减顺序排列。

注意：最终，合并后数组不应由函数返回，而是存储在数组 nums1 中。为了应对这种情况，nums1 的初始长度为 m + n，其中前 m 个元素表示应合并的元素，后 n 个元素为 0 ，应忽略。nums2 的长度为 n 。

代码实现

public void merge(int[] nums1, int m, int[] nums2, int n) {
        int p1 = 0, p2 = 0;
        int[] sorted = new int[m + n];
        int cur;
        while (p1 < m || p2 < n) {
            if (p1 == m) {
                cur = nums2[p2++];
            } else if (p2 == n) {
                cur = nums1[p1++];
            } else if (nums1[p1] < nums2[p2]) {
                cur = nums1[p1++];
            } else {
                cur = nums2[p2++];
            }
            sorted[p1 + p2 - 1] = cur;
        }
        for (int i = 0; i != m + n; ++i) {
            nums1[i] = sorted[i];
        }
    }

8.两数之和—输入有序数组

力扣167题

给你一个下标从 1 开始的整数数组 numbers ，该数组已按非递减顺序排列，请你从数组中找出满足相加之和等于目标数 target 的两个数。如果设这两个数分别是 numbers[index1] 和 numbers[index2] ，则 1 <= index1 < index2 <= numbers.length 。

以长度为 2 的整数数组 [index1, index2] 的形式返回这两个整数的下标 index1 和 index2。

代码实现

 public int[] twoSum(int[] numbers, int target) {
        int low = 0, high = numbers.length - 1;
        while (low < high) {
            int sum = numbers[low] + numbers[high];
            if (sum == target) {
                return new int[]{low + 1, high + 1};
            } else if (sum < target) {
                ++low;
            } else {
                --high;
            }
        }
        return new int[]{-1, -1};
    }

9.长度最小的子数组

（力扣209）给定一个含有 n 个正整数的数组和一个正整数 target 。

找出该数组中满足其和 ≥ target 的长度最小的连续子数组 [numsl, numsl+1, …, numsr-1, numsr] ，并返回其长度。如果不存在符合条件的子数组，返回 0

代码实现

//滑动窗口法
 public int minSubArrayLen(int s, int[] nums) {
        int n = nums.length;
        if (n == 0) {
            return 0;
        }
        int ans = Integer.MAX_VALUE;
        int start = 0, end = 0;
        int sum = 0;
        while (end < n) {
            sum += nums[end];
            while (sum >= s) {
                ans = Math.min(ans, end - start + 1);
                sum -= nums[start];
                start++;
            }
            end++;
        }
        return ans == Integer.MAX_VALUE ? 0 : ans;
    }

10.排序链表

给你链表的头结点 head ，请将其按升序排列并返回排序后的链表。

解题思路

通过递归实现链表归并排序，有以下两个环节：

1，分割 cut 环节：找到当前链表中点，并从中点将链表断开（以便在下次递归 cut 时，链表片段拥有正确边界）；我们使用 fast,slow 快慢双指针法，奇数个节点找到中点，偶数个节点找到中心左边的节点。找到中点 slow 后，执行 slow.next = None 将链表切断。递归分割时，输入当前链表左端点 head 和中心节点 slow 的下一个节点 tmp(因为链表是从 slow 切断的)。 cut 递归终止条件：当head.next == None时，说明只有一个节点了，直接返回此节点。

2，合并 merge 环节：将两个排序链表合并，转化为一个排序链表。双指针法合并，建立辅助ListNode h 作为头部。设置两指针 left, right 分别指向两链表头部，比较两指针处节点值大小，由小到大加入合并链表头部，指针交替前进，直至添加完两个链表。返回辅助ListNode h 作为头部的下个节点 h.next。

代码实现

public ListNode sortList(ListNode head) {
        if (head == null || head.next == null)
            return head;
        ListNode fast = head.next, slow = head;
        while (fast != null && fast.next != null) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
        }
        ListNode tmp = slow.next;
        slow.next = null;
        ListNode left = sortList(head);
        ListNode right = sortList(tmp);
        ListNode h = new ListNode(0);
        ListNode res = h;
        while (left != null && right != null) {
            if (left.val < right.val) {
                h.next = left;
                left = left.next;
            } else {
                h.next = right;
                right = right.next;
            }
            h = h.next;
        }
        h.next = left != null ? left : right;
        return res.next;
    }

到此这篇关于Java详细讲解分析双指针法的使用的文章就介绍到这了,更多相关Java 双指针法内容请搜索编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程网！

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本文标题: Java详细讲解分析双指针法的使用

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