1. 两数之和(two-sum)

两数之和(two-sum)

这是LeetCode上一道十分经典的题目,存在多种解法,难度是简单,但后面难度更高的三数之和、四数之和,其实也是由这道题演变而来的。

题目

给定一个整数数组 nums 和一个目标值 target,请你在该数组中找出和为目标值的那 两个 整数,并返回他们的数组下标。你可以假设每种输入只会对应一个答案。但是,你不能重复利用这个数组中同样的元素。

示例:

给定 nums = [2, 7, 11, 15], target = 9

因为 nums[0] + nums[1] = 2 + 7 = 9

所以返回 [0, 1]

来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/two-sum

解题

方法一: 暴力法

暴力法很逻辑很简单,采用两轮错位嵌循环,计算两个位置的数字之和是否等于目标值,因为题目中说明了只有两个整数的和是等于target,所以一旦找到直接 return 就行,十分简单粗暴。

class Solution(object):
    def twoSum(self, nums, target):
        for i in range(len(nums) - 1):
            for j in range(i + 1, len(nums)):
                if nums[i] + nums[j] == target:
                    return i, j

这种写法很好理解,得益于Python语言的简洁,上面核心部分的代码甚至可以简化为一行:

chain.from_iterable([[i, j] for i in range(len(nums) - 1) for j in range(i + 1, len(nums)) if nums[i] + nums[j] == target])

因为是嵌套循环,所以时间复杂度是O(N^2),空间复杂度是O(1),提交了也没毛病,在所有 python 提交中击败了31.08%的用户,这种方法在运行效率上不是很高。面试时如果没有太好的思路,可以尝试用暴力法来解决。如果能在短时间内写出上面的代码,至少说明你对语言本身还是很熟练的,代码的功底也还可以。

方法二:哈希大法

正确的思路是采取空间换时间的办法,使用一个哈希表缓存。思路如下:

  1. 题目要求我们找出两个和为target的数,也就是 nums[i] + nums[j] = target

  2. 转换一下,也就是 target - nums[i] = nums[j]

  3. 把nums[i]和i以键值对的形式存到哈希表中,注意存的是{值:下标}这种格式 。

  4. 由此可以看出,我们下次再遍历nums的时候,如果哈希表中存在一个数是target与当前数的差,那么那个数就是我们要找的数。而哈希表中查询的时间复杂度是O(1),所以整体函数的效率提高了一个数量级。

  5. 再一次循环nums,这次一边循环一边检索第4步存储的哈希表,如果能检索到,说明符合条件,立即返回,over。这里面有一个小坑,如果有一个数n,target与n的差恰好也等于n,这样就会在哈希表中查询到n自己,显示是不符合题目要求的,所以在判断的时候要注意过滤掉。

    代码如下:

    class Solution(object):
        def twoSum(self, nums, target):
            d = {n: i for i, n in enumerate(nums)}
            for i, n in enumerate(nums):
              # 在哈希表中查询的时候,注意过滤掉当前数自身
                if target - n in d and d[target - n] != i:
                    return i, d[target - n]
    

    方法二一共遍历了两次nums,时间复杂度为O(2N),同时引入一个新的字典,空间复杂度变成了O(N),所以说是用空间换时间。

方法三:优化的哈希大法

方法二的其实还可以再优化一下,只用遍历一次nums就可以得到结果。在遍历的同时把数据写入哈希表中,并进行查询,这样最坏的情况下时间复杂度也就是O(N)。

class Solution(object):
    def twoSum(self, nums, target):
        d = {}
        for i in range(len(nums)):
            if target - nums[i] in d:
                return i, d[target - nums[i]]
            d[nums[i]] = i
            

因为在字典中查询的时候,当前数字还没有放到哈希表中,所以省去了一个判断条件,代码逻辑变的更加简单。

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