每天学python-力扣四数之和

引言:

在算法中,四数之和是一个非常典型的问题。该问题主要是在一个数组中找出四个数,使得它们的和等于给定的目标值target。本文将介绍一种优化时间复杂度的解决方案。

题目:

给你一个由 n 个整数组成的数组 nums ,和一个目标值 target 。请你找出并返回满足下述全部条件且不重复的四元组 [nums[a], nums[b], nums[c], nums[d]] (若两个四元组元素一一对应,则认为两个四元组重复):

0 <= a, b, c, d < n
a、b、c 和 d 互不相同
nums[a] + nums[b] + nums[c] + nums[d] == target
你可以按 任意顺序 返回答案 。

示例 1:

输入:nums = [1,0,-1,0,-2,2], target = 0
输出:[[-2,-1,1,2],[-2,0,0,2],[-1,0,0,1]]

示例 2:

输入:nums = [2,2,2,2,2], target = 8
输出:[[2,2,2,2]]

在开始介绍解决方案之前,我们需要了解一下四数之和问题的几个基本知识。首先,我们需要对这个数组进行排序,以便于后续的剪枝操作;其次,我们需要注意去重,因为不能有重复的四元组;最后,我们需要使用剪枝操作来提高算法的效率。

思路:

根据题目要求,我们需要找出四个数的和等于目标值,因此我们可以使用双指针的方式来解决问题。具体步骤如下:

  1. 对数组进行排序;
  2. 遍历数组,对每个数进行判断,若当前最小值大于target,则无需继续搜索,直接退出循环;若当前最大值小于target,则直接跳过,进行下一个数的遍历;
  3. 去重,若当前数和前一个数相同,则直接跳过本次循环;
  4. 遍历数组中当前数后面的所有数,对每个数进行判断,若当前最小值大于target,则无需继续搜索,直接退出循环;若当前最大值小于target,则直接跳过,进行下一个数的遍历;
  5. 去重,若当前数和前一个数相同,则直接跳过本次循环;
  6. 使用双指针,从当前数后面的第一个数到最后一个数之间搜索,若四个数的和等于目标值,则加入结果集,同时移动左右指针;若四个数的和小于目标值,则移动左指针;若四个数的和大于目标值,则移动右指针。

过程:

具体实现可以看代码。需要注意的是,为了提高效率,在搜索时需要进行剪枝操作,即通过比较当前最小值和最大值与target的大小关系来判断是否需要继续搜索。此外,为了防止有重复的四元组,还需要进行去重操作。

代码实现:

class Solution:
    def fourSum(self, nums: List[int], target: int) -> List[List[int]]:
        res = []
        n = len(nums)
        nums.sort()

        for i in range(n):
            # 剪枝1:若当前最小值大于target,则无需继续搜索
            if nums[i] + nums[i+1] + nums[i+2] + nums[i+3] > target:
                break

            # 剪枝2:若当前最大值小于target,则直接跳过
            if nums[i] + nums[n-1] + nums[n-2] + nums[n-3] < target:
                continue

            # 去重
            if i > 0 and nums[i] == nums[i-1]:
                continue

            for j in range(i+1, n):
                # 剪枝3:若当前最小值大于target,则无需继续搜索
                if j+2 < n and nums[i] + nums[j] + nums[j+1] + nums[j+2] > target:
                    break

                # 剪枝4:若当前最大值小于target,则直接跳过
                if nums[i] + nums[j] + nums[n-1] + nums[n-2] < target:
                    continue

                # 去重
                if j > i+1 and nums[j] == nums[j-1]:
                    continue

                left, right = j+1, n-1
                while left < right:
                    sum_ = nums[i] + nums[j] + nums[left] + nums[right]
                    if sum_ == target:
                        res.append([nums[i], nums[j], nums[left], nums[right]])
                        left += 1
                        right -= 1

                        # 去重
                        while left < right and nums[left] == nums[left-1]:
                            left += 1
                        while left < right and nums[right] == nums[right+1]:
                            right -= 1

                    elif sum_ < target:
                        left += 1

                    else:
                        right -= 1

        return res

引申:

在解决四数之和问题时,我们使用了双指针和剪枝操作来优化算法复杂度。这种方法也可以应用于其他类似的问题,如三数之和、两数之和等。同时,在解决问题时,我们需要注意数据结构的选择以及算法复杂度的分析,以便于找到最优的解决方案。

总结:

通过本文的介绍,我们了解了如何解决四数之和问题,并且学习了

深入优化算法的方法。在解决问题时,我们可以通过排序、双指针、剪枝等方式来提高算法的效率,并且还应该考虑内存使用情况和代码可读性。

另外,在写博客时,我们也应该注重结构和表达方式,使得读者更容易理解和接受我们的内容。好的文字和配图能够让读者更加愉悦地阅读,同时也应该注意代码的格式和注释,以便读者更好地理解和运用代码。

总之,作为计算机博主,我们需要不断提高自己的算法水平和写作表达能力,这样才能更好地服务于读者,同时也会获得更多人的认可和支持。

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