数组-双指针-三数之和(15)

题目

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

题解

排序+双指针法

思路

  1. 暴力解法
    最容易想到的就是暴力解法,分三层进行遍历求和,假想左、中、右三个指针在数组上移动,分别代表a、b、c,并且各自位置如名称所示,左指针在最左面,右指针在最后面,中间是中指针,暴力解法如下:
    左指针为最外层遍历,中指针为第二次遍历,右指针为最内侧遍历,例如左指针在数组左边界位置,中指针在左指针+1位置,右指针在中指针+1位置,这是初始位置,然后启动暴力解法,左中指针不动,右指针后移遍历。
    右指针遍历到数组右边界后,中指针后移一位,右指针变为中指针+1位置,然后再开始遍历,最终经过多伦遍历后,中指针也到了数组右边界,然后下一轮左指针后移一位,再次启动三层遍历。
    以上思路最容易想到,但最笨,复杂度最高。
  2. 排序+双指针法
    数组经过排序后,最外层左指针的遍历和暴力解法一样不变,变的是中右指针的遍历,由于数组是经过排序的,排序后的数组从左至右升序,这是中右指针运用双指针法的基础。
    • 遍历左指针(假设左指针不动,为最外层遍历)
    • 中右指针进行双指针法遍历
      中指针不动,如果左、中、右加和大于0,说明等于0的结果出现在左侧(左、中指针固定,因此只能右指针左移),右指针左移,直到等于0或者小于0,如果等于0,那么此时的结果就是求解的一组解。
      如果小于0,说明求解结果在右侧(左指针固定,右指针不可能再右移,因为右移后左中右加和又会大于0,因此只能是中指针右移),中指针右移,又移后再次根据左中右加和结果启动新一轮的双指针遍历:
      如果加和大于0,则右指针不断左移,如果等于0就找到一组解,如果小于0,则中指针右移,直到左指针右侧的数组区域都被双指针法扫过为止。
    • 中右指针法遍历后,左指针右移一位,中指针位置又变为左指针+1,右指针位置又变为数组右边界,再次启动新位置的一轮中右指针遍历
      注意,左指针每次变换位置时,需要保证新旧位置的值不同,因为如果相同,那么旧位置时找到的解法,肯定和新位置时的解法是重复的(因为左指针新旧位置的值是一样的)。
      同样中指针也是,左指针固定不变,中指针新旧位置值一样,那旧位置的解也同样是新位置的解,出现重复解。

代码

    public static List<List<Integer>> threeSum(int[] nums) {
        List<List<Integer>> result = new ArrayList<>();
        // 排序
        Arrays.sort(nums);
        // 左指针遍历
        for (int left = 0; left < nums.length; left++) {
            // 如果左指针数值大于0,则左、中、右指针和必定大于0,结束
            if (nums[left] > 0) {
                break;
            }
            // 左指针需要跳过重复出现的数值
            if (left > 0 && nums[left] == nums[left - 1]) {
                continue;
            }
            // 右指针,跟随左指针的变动,每次初始化为数组右边界
            int right = nums.length - 1;
            // 在左指针右侧遍历中指针
            for (int middle = left + 1; middle < nums.length; middle++) {
                // 中指针需要跳过重复出现的数值
                if (middle > left + 1 && nums[middle] == nums[middle - 1]) {
                    continue;
                }
                // 左中右加和如果大于0,在左、中不变的基础上,右指针左移
                while (middle < right && nums[left] + nums[middle] + nums[right] > 0) {
                    right--;
                }
                // 如果中右双指针相遇直接结束中右双指针
                if (middle == right) {
                    break;
                }
                // 如果左中右加和为0,则为要找的值
                if (nums[left] + nums[middle] + nums[right] == 0) {
                    List<Integer> list = new ArrayList<>();
                    list.add(nums[left]);
                    list.add(nums[middle]);
                    list.add(nums[right]);
                    result.add(list);
                }
            }
        }
        return result;
    }

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