双指针思想 - 技术栈

双指针（Two Pointers）是一种常用的算法思想，通过使用两个指针（通常是下标或迭代器）在数组、链表或字符串中协同工作，高效解决一些问题。双指针的核心思想是通过指针的移动来减少时间复杂度，通常将暴力解法的 O(n²) 优化为 O(n)。

1. 双指针的常见形式

双指针的常见形式包括：

左右指针 ：
- 两个指针从两端向中间移动。
- 适用于有序数组或字符串的问题（如两数之和、反转字符串等）。
快慢指针 ：
- 两个指针以不同的速度移动。
- 适用于链表问题（如判断链表是否有环、找到链表的中间节点等）。
滑动窗口 ：
- 两个指针同向移动，维护一个窗口。
- 适用于子数组或子字符串问题（如最短/最长子数组、无重复字符子串等）。

2. 左右指针

核心思想

两个指针分别指向数组或字符串的两端，根据条件向中间移动。
适用于有序数据。

经典问题

两数之和：

给定一个有序数组和一个目标值，找到两个数使它们的和等于目标值。

代码实现：

cpp 复制代码

vector<int> twoSum(vector<int>& nums, int target) {
    int left = 0, right = nums.size() - 1;
    while (left < right) {
        int sum = nums[left] + nums[right];
        if (sum == target) {
            return {left, right};
        } else if (sum < target) {
            left++;
        } else {
            right--;
        }
    }
    return {};
}

反转字符串：

给定一个字符数组，将其反转。

代码实现：

cpp 复制代码

void reverseString(vector<char>& s) {
    int left = 0, right = s.size() - 1;
    while (left < right) {
        swap(s[left], s[right]);
        left++;
        right--;
    }
}

3. 快慢指针

核心思想

两个指针以不同的速度移动，通常用于链表问题。
快指针每次移动两步，慢指针每次移动一步。

经典问题

判断链表是否有环：

使用快慢指针，如果快指针追上慢指针，则链表有环。

代码实现：

cpp 复制代码

bool hasCycle(ListNode* head) {
    ListNode* slow = head;
    ListNode* fast = head;
    while (fast && fast->next) {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next->next;
        if (slow == fast) {
            return true;
        }
    }
    return false;
}

找到链表的中间节点：

快指针到达链表末尾时，慢指针正好在中间。

代码实现：

cpp 复制代码

ListNode* middleNode(ListNode* head) {
    ListNode* slow = head;
    ListNode* fast = head;
    while (fast && fast->next) {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next->next;
    }
    return slow;
}

4. 滑动窗口

核心思想

两个指针同向移动，维护一个窗口。
适用于子数组或子字符串问题。

经典问题

无重复字符的最长子字符串：

找到不包含重复字符的最长子字符串。

代码实现：

cpp 复制代码

int lengthOfLongestSubstring(string s) {
    int left = 0, right = 0;
    int max_len = 0;
    unordered_set<char> window;
    while (right < s.size()) {
        if (window.find(s[right]) == window.end()) {
            window.insert(s[right]);
            max_len = max(max_len, right - left + 1);
            right++;
        } else {
            window.erase(s[left]);
            left++;
        }
    }
    return max_len;
}

和大于等于目标值的最短子数组：

找到和大于等于目标值的最短子数组。

代码实现：

cpp 复制代码

int minSubArrayLen(int target, vector<int>& nums) {
    int left = 0, right = 0;
    int sum = 0;
    int min_len = INT_MAX;
    while (right < nums.size()) {
        sum += nums[right];
        while (sum >= target) {
            min_len = min(min_len, right - left + 1);
            sum -= nums[left];
            left++;
        }
        right++;
    }
    return min_len == INT_MAX ? 0 : min_len;
}

5. 双指针的适用场景

有序数组或字符串 ：
- 左右指针适用于有序数据。
链表问题 ：
- 快慢指针适用于链表问题。
子数组或子字符串问题 ：
- 滑动窗口适用于子数组或子字符串问题。

6. 总结

双指针是一种高效的算法思想，通过两个指针的协同工作，可以将时间复杂度从 O(n²) 优化为 O(n)。
左右指针、快慢指针和滑动窗口是双指针的常见形式，分别适用于不同的问题场景。
掌握双指针思想，可以高效解决许多数组、链表和字符串相关的问题。