6.三数之和

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给你一个整数数组 nums ,判断是否存在三元组 [nums[i], nums[j], nums[k]] 满足 i != ji != kj != k ,同时还满足 nums[i] + nums[j] + nums[k] == 0 。请你返回所有和为 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。

示例 1:

输入:nums = [-1,0,1,2,-1,-4] 输出:[[-1,-1,2],[-1,0,1]] 解释: nums[0] + nums[1] + nums[2] = (-1) + 0 + 1 = 0 。 nums[1] + nums[2] + nums[4] = 0 + 1 + (-1) = 0 。 nums[0] + nums[3] + nums[4] = (-1) + 2 + (-1) = 0 。 不同的三元组是 [-1,0,1] 和 [-1,-1,2] 。 注意,输出的顺序和三元组的顺序并不重要。

示例 2:

输入:nums = [0,1,1] 输出:[] 解释:唯一可能的三元组和不为 0 。

示例 3:

输入:nums = [0,0,0] 输出:[[0,0,0]] 解释:唯一可能的三元组和为 0 。

题解1 暴力解法

思路

要求出和为 0 的三元组,最简单就是枚举每一个数,如果为 0,则保存到结果集中。

需要注意的是去重,我们可以用 set 保存答案的排序过后的字符串,因为不同顺序也被视为同一答案。

代码

function threeSum(nums: number[]): number[][] {
    const seen = new Set<string>();
    const n: number = nums.length;
    const result: number[][] = [];
    for (let i = 0; i < n - 2; i++) {
        for (let j = i + 1; j < n - 1; j++) {
            for (let k = j + 1; k < n; k++) {
                const sum = nums[i] + nums[k] + nums[j];
                if (sum === 0) {
                    const triplet = [nums[i], nums[j], nums[k]].sort((a, b) => a - b);
                    const tripletStr = triplet.toString();

                    if (!seen.has(tripletStr)) {
                        seen.add(tripletStr);
                        result.push(triplet);
                    }
                }
            }
        }
    }

    return result;
};

时空复杂度分析

时间复杂度:三重循环 O(n^3),排序和去重都是 O(1)常数级,总的时间复杂度就是O(n^3)。同样会在LeetCode上超时,但是先想出最简单的解决办法,然后再去做优化

空间复杂度:主要开销为 seen,和结果集的空间复杂度开销一样 O(k)k 是结果集中唯一三元组的数量。最坏情况为 O(n^2),因为 (i, j) 确定的话, k 是唯一的。

题解2 排序+相向双指针

思路

暴力解法中用到了排序,其实我们可以先对数组从小到大排序,这样的好处是,如果前两个数相加已经大于0了,那么就没有往后枚举的必要了,因为后面的数只会越来越大。如果第一项就大于 0,那么可以直接返回结果集了。

先从 i 开始枚举,如果 nums[i] 大于 0 可以提前返回结果。接下来枚举 j = i + 1,k = nums.length - 1,当 j, k 不相遇时,计算三个数的和,如果大于 0,说明需要变小,此时 k往左走;如果小于 0,说明需要更大的数,此时 k 已经是最大的数了(排序后),那么需要将 j 向右走逐渐变大。

关于去重的问题,可以在枚举 i 的时候比较nums[i]nums[i - 1]的值,如果相等直接跳过枚举。

代码

function threeSum(nums: number[]): number[][] {
    const n: number = nums.length;
    const result: number[][] = [];

    nums.sort((a, b) => a - b);
    for (let i = 0; i < n; i++) {
        const x = nums[i];
        if (x > 0) {
            return result;
        }

        if (i > 0 && x === nums[i - 1]) {
            continue;
        }

        let j: number = i + 1;
        let k: number = n - 1;
        while (j < k) {
            const sum: number = nums[i] + nums[j] + nums[k];
            if (sum < 0) {
                j += 1;
            } else if (sum > 0) {
                k -= 1;
            } else {
                result.push([nums[i], nums[j], nums[k]]);
                j += 1; // j的去重
                while (j < k && nums[j] === nums[j - 1]) {
                    j += 1;
                }
                k -= 1; // k的去重
                while (j < k && nums[k] === nums[k + 1]) {
                    k -= 1;
                }
            }
        }
    }

    return result;
};

时空复杂度分析

时间复杂度:排序时间复杂度为 O(n log n),两层循环中最里边 i,j 的去重其实算在内层循环里边的,总计为 O(n) 的时间复杂度,外层遍历 iO(n) ,总的就是 O(n^2)

空间复杂度:在排序时会递归调用栈的空间,为 O(log n)