1 长度最小的子数组
1.1 题目链接
1.2 题目描述
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总和大于等于 ****target ****的长度最小的 ****
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 。
示例 1:
输入: target = 7, nums = [2,3,1,2,4,3]
输出: 2
解释: 子数组 [4,3] 是该条件下的长度最小的子数组。
示例 2:
输入: target = 4, nums = [1,4,4]
输出: 1
示例 3:
输入: target = 11, nums = [1,1,1,1,1,1,1,1]
输出: 0
1.3 解法(滑动窗⼝):
算法思路:
由于此问题分析的对象是⼀段连续的区间,因此可以考虑滑动窗⼝的思想来解决这道题。让滑动窗⼝满⾜:从 i 位置开始,窗⼝内所有元素的和⼩于 target (那么当窗⼝内元素之和第⼀次⼤于等于⽬标值的时候,就是 i 位置开始,满⾜条件的最⼩⻓度)。
做法:将右端元素划⼊窗⼝中,统计出此时窗⼝内元素的和:
- 如果窗⼝内元素之和⼤于等于 target :更新结果,并且将左端元素划出去的同时继续判断是否满⾜条件并更新结果(因为左端元素可能很⼩,划出去之后依旧满⾜条件)
- 如果窗⼝内元素之和不满⾜条件: right++ ,另下⼀个元素进⼊窗⼝。
相信科学(这也是很多题解以及帖⼦没告诉你的事情:只给你说怎么做,没给你解释为什么这么做):为何滑动窗⼝可以解决问题,并且时间复杂度更低?
- 这个窗⼝寻找的是:以当前窗⼝最左侧元素(记为 left1 )为基准,符合条件的情况。也就是在这道题中,从 left1 开始,满⾜区间和 sum >= target 时的最右侧(记为right1 )能到哪⾥。
- 我们既然已经找到从 left1 开始的最优的区间,那么就可以⼤胆舍去 left1 。但是如果继续像⽅法⼀⼀样,重新开始统计第⼆个元素( left2 )往后的和,势必会有⼤量重复的计算(因为我们在求第⼀段区间的时候,已经算出很多元素的和了,这些和是可以在计算下次区间和的时候⽤上的)。
- 此时, rigth1 的作⽤就体现出来了,我们只需将 left1 这个值从 sum 中剔除。从right1 这个元素开始,往后找满⾜ left2 元素的区间(此时 right1 也有可能是满⾜的,因为 left1 可能很⼩。 sum 剔除掉 left1 之后,依旧满⾜⼤于等于target )。这样我们就能省掉⼤量重复的计算。
- 这样我们不仅能解决问题,⽽且效率也会⼤⼤提升。 时间复杂度:虽然代码是两层循环,但是我们的 left 指针和 right 指针都是不回退的,两者
最多都往后移动 n 次。因此时间复杂度是 O(N) 。
1.4 C++算法代码:
class Solution {
public:
int minSubArrayLen(int target, vector<int>& nums) {
int sum = 0, len = INT_MAX;
int n = nums.size();
for(int left = 0, right = 0; right < n; right++)
{
sum += nums[right]; //进窗口
while(sum >= target) //判断
{
len = min(len, right - left +1); //更新结果
sum -= nums[left++]; //出窗口
}
}
return len == INT_MAX ? 0 : len;
}
};
2 无重复字符的最长子串
2.1 题目链接
2.2 题目描述
给定一个字符串 s ,请你找出其中不含有重复字符的 **最长 **
子串
****的长度。
示例 1:
输入: s = "abcabcbb"
输出: 3
解释: 因为无重复字符的最长子串是 "abc",所以其长度为 3。
示例 2:
输入: s = "bbbbb"
输出: 1
解释: 因为无重复字符的最长子串是 "b",所以其长度为 1。
示例 3:
输入: s = "pwwkew"
输出: 3
解释: 因为无重复字符的最长子串是 "wke",所以其长度为 3。
请注意,你的答案必须是 子串 的长度,"pwke" 是一个子序列, 不是子串。
2.3 解法(滑动窗⼝):
算法思路:
研究的对象依旧是⼀段连续的区间,因此继续使⽤滑动窗⼝思想来优化。
让滑动窗⼝满⾜:窗⼝内所有元素都是不重复的。
做法:右端元素 ch 进⼊窗⼝的时候,哈希表统计这个字符的频次:
- 如果这个字符出现的频次超过 1 ,说明窗⼝内有重复元素,那么就从左侧开始划出窗⼝,直到 ch 这个元素的频次变为 1 ,然后再更新结果。
- 如果没有超过 1 ,说明当前窗⼝没有重复元素,可以直接更新结果
2.4 C++算法代码:
class Solution {
public:
int lengthOfLongestSubstring(string s) {
int left = 0, right = 0, n = s.size();
int ret = 0;
int hash[128] = { 0 }; // 使⽤数组来模拟哈希表
while(right < n)
{
hash[s[right]]++; //进窗口
while(hash[s[right]] > 1) //判断
hash[s[left++]]--; //出窗口
ret = max(ret, right - left + 1); //更新结果
right++; //让下一个元素进入窗口
}
return ret;
}
};
3 最大连续1的个数 III
3.1 题目链接
3.2 题目描述
给定一个二进制数组 nums 和一个整数 k,如果可以翻转最多 k 个 0 ,则返回 数组中连续 1 的最大个数 。
示例 1:
输入: nums = [1,1,1,0,0,0,1,1,1,1,0], K = 2
输出: 6
解释: [1,1,1,0,0,1,1,1,1,1,1]
粗体数字从 0 翻转到 1,最长的子数组长度为 6。
示例 2:
输入: nums = [0,0,1,1,0,0,1,1,1,0,1,1,0,0,0,1,1,1,1], K = 3
输出: 10
解释: [0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,1,1,1,1]
粗体数字从 0 翻转到 1,最长的子数组长度为 10。
3.3 解法(滑动窗⼝):
算法思路:
不要去想怎么翻转,不要把问题想的很复杂,这道题的结果⽆⾮就是⼀段连续的 1 中间塞了 k个 0 嘛。
因此,我们可以把问题转化成:求数组中⼀段最⻓的连续区间,要求这段区间内 0 的个数不超过 k 个。
既然是连续区间,可以考虑使⽤「滑动窗⼝」来解决问题。
算法流程:
- a. 初始化⼀个⼤⼩为 2 的数组就可以当做哈希表 hash 了;初始化⼀些变量 left = 0 ,right = 0 , ret = 0 ;
- b. 当 right ⼩于数组⼤⼩的时候,⼀直下列循环:
- i. 让当前元素进⼊窗⼝,顺便统计到哈希表中;
- ii. 检查 0 的个数是否超标:
- 如果超标,依次让左侧元素滑出窗⼝,顺便更新哈希表的值,直到 0 的个数恢复正常;
- iii. 程序到这⾥,说明窗⼝内元素是符合要求的,更新结果;
- iv. right++ ,处理下⼀个元素;
- c. 循环结束后, ret 存的就是最终结果。
3.4 C++算法代码:
class Solution {
public:
int longestOnes(vector<int>& nums, int k) {
int ret = 0;
for(int left = 0, right = 0, zero = 0; right < nums.size(); right++)
{
if(nums[right] == 0) zero++; //进窗口
while(zero > k) //判断
if(nums[left++] == 0) zero--; //出窗口
ret = max(ret, right - left + 1); //更新结果
}
return ret;
}
};
4 将 x 减到 0 的最小操作数
4.1 题目链接
4.2 题目描述
给你一个整数数组 nums 和一个整数 x 。每一次操作时,你应当移除数组 nums 最左边或最右边的元素,然后从 x 中减去该元素的值。请注意,需要 修改 数组以供接下来的操作使用。
如果可以将 x 恰好 减到 0 ,返回 最小操作数 ;否则,返回 -1 。
示例 1:
输入: nums = [1,1,4,2,3], x = 5
输出: 2
解释: 最佳解决方案是移除后两个元素,将 x 减到 0 。
示例 2:
输入: nums = [5,6,7,8,9], x = 4
输出: -1
示例 3:
输入: nums = [3,2,20,1,1,3], x = 10
输出: 5
解释: 最佳解决方案是移除后三个元素和前两个元素(总共 5 次操作),将 x 减到 0 。
4.3 解法(滑动窗⼝):
算法思路:
题⽬要求的是数组左端+右端两段连续的、和为 x 的最短数组,信息量稍微多⼀些,不易理清思路;我们可以转化成求数组内⼀段连续的、和为 sum(nums) - x 的最⻓数组。此时,就是熟悉的滑动窗⼝问题了。
算法流程:
- a. 转化问题:求 target = sum(nums) - x 。如果 target < 0 ,问题⽆解;
- b. 初始化左右指针 l = 0 , r = 0 (滑动窗⼝区间表⽰为[l,r),左右区间是否开闭很重要,必须设定与代码⼀致),记录当前滑动窗⼝内数组和的变量 sum = 0 ,记录当前满⾜条件数组的最⼤区间⻓度 maxLen = -1 ;
- c. 当 r ⼩于等于数组⻓度时,⼀直循环:
- i. 如果 sum < target ,右移右指针,直⾄变量和⼤于等于 target ,或右指针已经移到头;
- ii. 如果 sum > target ,右移左指针,直⾄变量和⼩于等于 target ,或左指针已经移到头;
- iii. 如果经过前两步的左右移动使得 sum == target ,维护满⾜条件数组的最⼤⻓度,并让下个元素进⼊窗⼝;
- d. 循环结束后,如果 maxLen 的值有意义,则计算结果返回;否则,返回 -1 。
4.4 C++算法代码:
class Solution {
public:
int minOperations(vector<int>& nums, int x) {
int sum = 0;
for(auto e : nums) sum += e;
int target = sum - x;
if(target < 0) return -1; // 细节问题
int ret =-1;
for(int left = 0, right = 0, tmp = 0; right < nums.size(); right++)
{
tmp += nums[right]; //进窗口
while(tmp > target) tmp -= nums[left++]; //判断 出窗口
if(tmp == target) ret = max(ret, right - left + 1); //更新结果
}
return ret == -1 ? -1 : nums.size() - ret;
}
};
5 水果成篮
5.1 题目链接
5.2 题目描述
你正在探访一家农场,农场从左到右种植了一排果树。这些树用一个整数数组 fruits 表示,其中 fruits[i] 是第 i 棵树上的水果 种类 。
你想要尽可能多地收集水果。然而,农场的主人设定了一些严格的规矩,你必须按照要求采摘水果:
- 你只有 两个 篮子,并且每个篮子只能装 单一类型 的水果。每个篮子能够装的水果总量没有限制。
- 你可以选择任意一棵树开始采摘,你必须从 每棵 树(包括开始采摘的树)上 恰好摘一个水果 。采摘的水果应当符合篮子中的水果类型。每采摘一次,你将会向右移动到下一棵树,并继续采摘。
- 一旦你走到某棵树前,但水果不符合篮子的水果类型,那么就必须停止采摘。
给你一个整数数组 fruits ,返回你可以收集的水果的 最大 数目。
示例 1:
输入: fruits = [1,2,1]
输出: 3
解释: 可以采摘全部 3 棵树。
示例 2:
输入: fruits = [0,1,2,2]
输出: 3
解释: 可以采摘 [1,2,2] 这三棵树。
如果从第一棵树开始采摘,则只能采摘 [0,1] 这两棵树。
示例 3:
输入: fruits = [1,2,3,2,2]
输出: 4
解释: 可以采摘 [2,3,2,2] 这四棵树。
如果从第一棵树开始采摘,则只能采摘 [1,2] 这两棵树。
示例 4:
输入: fruits = [3,3,3,1,2,1,1,2,3,3,4]
输出: 5
解释: 可以采摘 [1,2,1,1,2] 这五棵树。
5.3 解法(滑动窗⼝):
算法思路:
研究的对象是⼀段连续的区间,可以使⽤「滑动窗⼝」思想来解决问题。
让滑动窗⼝满⾜:窗⼝内⽔果的种类只有两种。
做法:右端⽔果进⼊窗⼝的时候,⽤哈希表统计这个⽔果的频次。这个水果进来后,判断哈希表的⼤⼩:
- 如果⼤⼩超过 2:说明窗⼝内⽔果种类超过了两种。那么就从左侧开始依次将⽔果划出窗⼝,直到哈希表的⼤⼩⼩于等于 2,然后更新结果;
- 如果没有超过 2,说明当前窗⼝内⽔果的种类不超过两种,直接更新结果 ret。
算法流程:
- a. 初始化哈希表 hash 来统计窗⼝内⽔果的种类和数量;
- b. 初始化变量:左右指针 left = 0,right = 0,记录结果的变量 ret = 0;
- c. 当 right ⼩于数组⼤⼩的时候,⼀直执⾏下列循环:
- i. 将当前⽔果放⼊哈希表中;
- ii. 判断当前⽔果进来后,哈希表的⼤⼩:
- 如果超过 2:
- 将左侧元素滑出窗⼝,并且在哈希表中将该元素的频次减⼀;
- 如果这个元素的频次减⼀之后变成了 0,就把该元素从哈希表中删除;
- 重复上述两个过程,直到哈希表中的⼤⼩不超过 2;
- 如果超过 2:
- iii. 更新结果 ret;
- iv. right++,让下⼀个元素进⼊窗⼝;
- d. 循环结束后,ret 存的就是最终结果。
5.4 C++算法代码:
class Solution {
public:
int totalFruit(vector<int>& fruits) {
unordered_map<int, int> hash; // 统计窗⼝内出现了多少种⽔果
int ret = 0;
for(int left = 0, right = 0; right < fruits.size(); right++)
{
hash[fruits[right]]++; //进窗口
while(hash.size() > 2) //判断
{
//出窗口
hash[fruits[left]]--;
if(hash[fruits[left]] == 0)
hash.erase(fruits[left]);
left++;
}
ret = max(ret, right - left + 1);
}
return ret;
}
};
6 找到字符串中所有字母异位词
6.1 题目链接
6.2 题目描述
给定两个字符串 s 和 p,找到 s ****中所有 p ****的 异位词 的子串,返回这些子串的起始索引。不考虑答案输出的顺序。
异位词 指由相同字母重排列形成的字符串(包括相同的字符串)。
示例 1:
输入: s = "cbaebabacd", p = "abc"
输出: [0,6]
解释:
起始索引等于 0 的子串是 "cba", 它是 "abc" 的异位词。
起始索引等于 6 的子串是 "bac", 它是 "abc" 的异位词。
示例 2:
输入: s = "abab", p = "ab"
输出: [0,1,2]
解释:
起始索引等于 0 的子串是 "ab", 它是 "ab" 的异位词。
起始索引等于 1 的子串是 "ba", 它是 "ab" 的异位词。
起始索引等于 2 的子串是 "ab", 它是 "ab" 的异位词。
6.3 解法(滑动窗⼝ + 哈希表):
算法思路:
- 因为字符串 p 的异位词的⻓度⼀定与字符串 p 的⻓度相同,所以我们可以在字符串 s 中构造⼀个⻓度为与字符串 p 的⻓度相同的滑动窗⼝,并在滑动中维护窗⼝中每种字⺟的数量;
- 当窗⼝中每种字⺟的数量与字符串 p 中每种字⺟的数量相同时,则说明当前窗⼝为字符串 p的异位词;
- 因此可以⽤两个⼤⼩为 26 的数组来模拟哈希表,⼀个来保存 s 中的⼦串每个字符出现的个数,另⼀个来保存 p 中每⼀个字符出现的个数。这样就能判断两个串是否是异位词。
6.4 C++算法代码:
class Solution {
public:
vector<int> findAnagrams(string s, string p) {
vector<int> ret;
int hash1[26] = { 0 }; // 统计字符串 p 中每个字符出现的个数
for(auto e : p) hash1[e-'a']++;
int hash2[26] = { 0 }; // 统计窗⼝⾥⾯的每⼀个字符出现的个数
int n = p.size();
for(int left = 0, right = 0, count = 0; right < s.size(); right++)
{
char in = s[right];
// 进窗⼝ + 维护 count
// hash2[in - 'a']++;
if(++hash2[in - 'a'] <= hash1[in - 'a']) count++;
if(right - left + 1 > n) // 判断
{
char out = s[left++]; // 出窗⼝ + 维护 count
if(hash2[out - 'a']-- <= hash1[out - 'a']) count--;
}
// 更新结果
if(count == n) ret.push_back(left);
}
return ret;
}
};
7 串联所有单词的子串
7.1 题目链接
7.2 题目描述
给定一个字符串 s ****和一个字符串数组 words 。 words 中所有字符串 长度相同。
s ****中的 串联子串 是指一个包含 words 中所有字符串以任意顺序排列连接起来的子串。
- 例如,如果
words = ["ab","cd","ef"], 那么"abcdef","abefcd","cdabef","cdefab","efabcd", 和"efcdab"都是串联子串。"acdbef"不是串联子串,因为他不是任何words排列的连接。
返回所有串联子串在 s ****中的开始索引。你可以以 任意顺序 返回答案。
示例 1:
输入: s = "barfoothefoobarman", words = ["foo","bar"]
输出: [0,9]
解释: 因为 words.length == 2 同时 words[i].length == 3,连接的子字符串的长度必须为 6。
子串 "barfoo" 开始位置是 0。它是 words 中以 ["bar","foo"] 顺序排列的连接。
子串 "foobar" 开始位置是 9。它是 words 中以 ["foo","bar"] 顺序排列的连接。
输出顺序无关紧要。返回 [9,0] 也是可以的。
示例 2:
输入: s = "wordgoodgoodgoodbestword", words = ["word","good","best","word"]
输出: []
解释: 因为 words.length == 4 并且 words[i].length == 4,所以串联子串的长度必须为 16。
s 中没有子串长度为 16 并且等于 words 的任何顺序排列的连接。
所以我们返回一个空数组。
示例 3:
输入: s = "barfoofoobarthefoobarman", words = ["bar","foo","the"]
输出: [6,9,12]
解释: 因为 words.length == 3 并且 words[i].length == 3,所以串联子串的长度必须为 9。
子串 "foobarthe" 开始位置是 6。它是 words 中以 ["foo","bar","the"] 顺序排列的连接。
子串 "barthefoo" 开始位置是 9。它是 words 中以 ["bar","the","foo"] 顺序排列的连接。
子串 "thefoobar" 开始位置是 12。它是 words 中以 ["the","foo","bar"] 顺序排列的连接。
7.3 解法
算法思路:
如果我们把每⼀个单词看成⼀个⼀个字⺟,问题就变成了找到字符串中所有的字⺟异位词。⽆⾮就是之前处理的对象是⼀个⼀个的字符,我们这⾥处理的对象是⼀个⼀个的单词。
7.4 C++算法代码:
class Solution {
public:
vector<int> findSubstring(string s, vector<string>& words) {
vector<int> ret;
unordered_map<string, int> hash1; // 保存 words 里面所有单词的频次
for(auto e : words) hash1[e]++;
int len = words[0].size(),m = words.size();
for(int i = 0;i < len; i++) // 执行 len 次
{
unordered_map<string, int> hash2; // 维护窗口内单词的频次
for(int left = i, right = i, count = 0; right +len <= s.size(); right += len)
{
// 进窗口 + 维护 count
string in = s.substr(right, len);
hash2[in]++;
if(hash1.count(in) && hash2[in] <= hash1[in]) count++;
// 判断
if(right - left + 1 > len * m)
{
// 出窗口 + 维护 count
string out = s.substr(left, len);
if(hash1.count(out) && hash2[out] <= hash1[out]) count--;
hash2[out]--;
left += len;
}
// 更新结果
if(count == m) ret.push_back(left);
}
}
return ret;
}
};
8 最小覆盖子串
8.1 题目链接
8.2 题目描述
给你一个字符串 s 、一个字符串 t 。返回 s 中涵盖 t 所有字符的最小子串。如果 s 中不存在涵盖 t 所有字符的子串,则返回空字符串 "" 。
注意:
- 对于
t中重复字符,我们寻找的子字符串中该字符数量必须不少于t中该字符数量。 - 如果
s中存在这样的子串,我们保证它是唯一的答案。
示例 1:
输入: s = "ADOBECODEBANC", t = "ABC"
输出: "BANC"
解释: 最小覆盖子串 "BANC" 包含来自字符串 t 的 'A'、'B' 和 'C'。
示例 2:
输入: s = "a", t = "a"
输出: "a"
解释: 整个字符串 s 是最小覆盖子串。
示例 3:
输入: s = "a", t = "aa"
输出: ""
解释: t 中两个字符 'a' 均应包含在 s 的子串中,
因此没有符合条件的子字符串,返回空字符串。
8.3 解法(滑动窗⼝ + 哈希表):
算法思路:
- 研究对象是连续的区间,因此可以尝试使⽤滑动窗⼝的思想来解决。
- 如何判断当前窗⼝内的所有字符是符合要求的呢?
- 我们可以使⽤两个哈希表,其中⼀个将⽬标串的信息统计起来,另⼀个哈希表动态的维护窗⼝内字符串的信息。
- 当动态哈希表中包含⽬标串中所有的字符,并且对应的个数都不⼩于⽬标串的哈希表中各个字符的个数,那么当前的窗⼝就是⼀种可⾏的⽅案。
算法流程:
- a. 定义两个全局的哈希表: 1 号哈希表 hash1 ⽤来记录⼦串的信息, 2 号哈希表 hash2⽤来记录⽬标串 t 的信息;
- b. 实现⼀个接⼝函数,判断当前窗⼝是否满⾜要求:
- i. 遍历两个哈希表中对应位置的元素:
- 如果 t 中某个字符的数量⼤于窗⼝中字符的数量,也就是 2 号哈希表某个位置⼤于1 号哈希表。说明不匹配,返回 false ;
- 如果全都匹配,返回 true 。
- i. 遍历两个哈希表中对应位置的元素:
主函数中:
- a. 先将 t 的信息放⼊ 2 号哈希表中;
- b. 初始化⼀些变量:左右指针: left = 0,right = 0 ;⽬标⼦串的⻓度: len =INT_MAX ;⽬标⼦串的起始位置: retleft ;(通过⽬标⼦串的起始位置和⻓度,我们就能找到结果)
- c. 当 right ⼩于字符串 s 的⻓度时,⼀直下列循环:
- i. 将当前遍历到的元素扔进 1 号哈希表中;
- ii. 检测当前窗⼝是否满⾜条件:
- 如果满⾜条件:
- 判断当前窗⼝是否变⼩。如果变⼩:更新⻓度 len ,以及字符串的起始位置retleft ;
- 判断完毕后,将左侧元素滑出窗⼝,顺便更新 1 号哈希表;◦ 重复上⾯两个过程,直到窗⼝不满⾜条件;
- 如果满⾜条件:
- iii. right++ ,遍历下⼀个元素;
- d. 判断 len 的⻓度是否等于 INT_MAX :
- i. 如果相等,说明没有匹配,返回空串;
- ii. 如果不想等,说明匹配,返回 s 中从 retleft 位置往后 len ⻓度的字符串。
8.4 C++算法代码:
class Solution {
public:
string minWindow(string s, string t) {
int hash1[128] = { 0 }; // 统计字符串t中每一个字符的频次
int kinds = 0; // 统计有效字符有多少种
for(auto e : t)
if(hash1[e]++ == 0) kinds++;
int hash2[128] = { 0 }; // 统计窗口内每个字符的频次
int minlen = INT_MAX, begin = -1;
for(int left = 0, right = 0, count = 0; right < s.size(); right++)
{
char in =s[right];
//hash2[in]++;
if(++hash2[in] == hash1[in]) count++; // 进窗口 + 维护 count
while(count == kinds) // 判断条件
{
if(right - left + 1 < minlen) // 更新结果
{
minlen = right - left + 1;
begin = left;
}
char out = s[left++];
if(hash2[out]-- == hash1[out]) count--; // 出窗口 + 维护 count
}
}
if(begin == -1) return "";
else return s.substr(begin, minlen);
}
};