LeetCode | 解锁数组与字符串的秘密:经典题型详解与高效解法

1.理论

1. 1.核心概念

1.1.1.数组(Array)

定义:存储相同数据类型的元素的线性集合。

特点:支持随机访问(通过索引);元素存储在连续内存中,支持高效的读写操作。

时间复杂度:访问:O(1);插入/删除:O(n)(平均情况下需要移动元素)

1.1.2.字符串(String)

定义:字符的序列,通常以数组的形式存储。

特点:通常是不可变(如 Python 的字符串类型);涉及字符串操作时,额外空间的开销可能较大(如拼接操作)。

时间复杂度:访问字符:O(1);拼接:O(n)(取决于实现方式)

1.2. 常考算法技巧

1.2.1.双指针

用途:解决数组/字符串的遍历问题,尤其是涉及两个元素关系的题目。

常见场景

- 对撞指针:从两端向中间逼近,解决回文检测、容器装水等问题。

- 快慢指针:用于环检测、删除重复元素等问题。

例题:盛最多水的容器,有效回文(Palindrome)

1.2.2.滑动窗口

用途:高效解决子数组或子串的相关问题。

常见场景

  • 固定窗口:滑动窗口大小固定。

  • 动态窗口:窗口根据条件动态调整大小。

例题:最长无重复子串,最小覆盖子串

1.2.3.前缀和

用途:快速计算区间和。

常见场景

  • 求解固定区间的子数组和。

  • 处理连续子数组满足某条件的题目。

例题

和为 K 的子数组

1.2.4.排序与分组

用途:借助排序对数组进行归类、寻找规律。

常见场景

对元素进行分组或分类(如字母异位词分组)。

最小或最大元素的快速计算。

例题:三数之和,合并区间

1.2.5.哈希表辅助

用途:提升查找效率。

常见场景

记录元素出现次数。

查找特定关系的元素对。

例题:两数之和,多数元素

1.3. 高频题型分类

1.3.1.子数组与子串问题

典型题目

最大子数组和(Kadane's Algorithm)

最长无重复子串

最小窗口子串

考察点:滑动窗口,动态规划

1.3.2.查找与排序问题

典型题目:两数之和,,三数之和,合并区间

考察点:排序后配合双指针,哈希表优化查找效率

1.3.3.数组变形问题

典型题目:螺旋矩阵,原地移除元素,旋转数组

考察点:模拟操作,空间优化

1.3.4.字符串匹配问题

典型题目:字符串相加,字符串反转,字符串排列

考察点:双指针操作,滑动窗口检测模式

2.真题

2.1.简单

【Leetcode 1】俩数之和 (Two Sum)

给定一个整数数组,返回两个数字的索引,使它们加起来等于 target.

示例 :

复制代码
Input: nums = [2,7,11,15], target = 9
Output: [0,1]
Explanation: Because nums[0] + nums[1] == 9, we return [0, 1].
python 复制代码
class Solution:
    def twoSum(self, nums: List[int], target: int) -> List[int]:

        hash_map = {} # 创建一个哈希表,用于存储数值和其对应的索引
        
        for i, num in enumerate(nums): # 遍历数组,i 和 num 分别表示数组中元素的索引和对应的值

            complement = target - num # 计算需要的另一半数值

            if complement in hash_map: # 检查哈希表中是否有另一半数值

                return [hash_map[complement], i] 如果存在,则返回其索引和当前索引

            hash_map[num] = i  # 如果不存在,将当前数值和索引存入哈希表
        
        return []  # 如果没找到结果,返回空列表

#哈希表 hash_map 动态存储遍历过的值和对应索引,并在每次迭代时检查是否已经满足条件。

运行过程

索引 i 当前值 num 目标差值 complement=target−num 哈希表状态 num_map 返回值
0 2 7 {2: 0} -
1 7 2 {2: 0} [0, 1]

在索引 1 时,目标差值 2 已经存在于哈希表中,因此返回 [0,1]。

最优分析:

  • 遍历一次数组:通过一次遍历和哈希表的辅助操作实现。
  • 哈希表查找速度快:查找另一个值是否存在的时间复杂度为 O(1)。
  • 无需额外排序:相比于双指针法(需要排序),此方法对数组原顺序无影响。

【Leetcode 11】盛最多水的容器

【Leetcode 53】最大子数组和

【Leetcode 438】找到字符串中所有异位词

【Leetcode 76】最小覆盖子串

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