【Leetcode】904. 水果成篮

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题目

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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。

提示:

1 <= fruits.length <= 105

0 <= fruits[i] < fruits.length

思路

这是一个滑动窗口问题,我们需要找到最长的连续子数组,其中最多包含两种不同的水果类型。具体步骤如下:

  1. 使用两个指针(left 和 right)维护一个窗口。
  2. 使用一个哈希表(或数组)来记录窗口内水果类型的计数。
  3. 扩展右指针,添加新水果到窗口。
  4. 如果窗口内类型超过两种,移动左指针,移除类型直到类型数 <= 2。
  5. 每次更新最大窗口大小。

这种方法确保我们高效地找到满足条件的最长子数组。

代码

C++

cpp 复制代码
class Solution {
public:
    int totalFruit(vector<int>& fruits) {
        int n = fruits.size();
        unordered_map<int, int> cnt;
        int left = 0, ans = 0;
        for (int right = 0; right < n; ++right) {
            ++cnt[fruits[right]];
            while (cnt.size() > 2) {
                --cnt[fruits[left]];
                if (cnt[fruits[left]] == 0) {
                    cnt.erase(fruits[left]);
                }
                ++left;
            }
            ans = max(ans, right - left + 1);
        }
        return ans;
    }
};

Java

java 复制代码
class Solution {
    public int totalFruit(int[] fruits) {
        int n = fruits.length;
        Map<Integer, Integer> cnt = new HashMap<Integer, Integer>();
        int left = 0, ans = 0;
        for (int right = 0; right < n; ++right) {
            cnt.put(fruits[right], cnt.getOrDefault(fruits[right], 0) + 1);
            while (cnt.size() > 2) {
                cnt.put(fruits[left], cnt.get(fruits[left]) - 1);
                if (cnt.get(fruits[left]) == 0) {
                    cnt.remove(fruits[left]);
                }
                ++left;
            }
            ans = Math.max(ans, right - left + 1);
        }
        return ans;
    }
}

Python

python 复制代码
class Solution:
    def totalFruit(self, fruits: List[int]) -> int:
        cnt = {}
        left, ans = 0, 0
        for right, fruit in enumerate(fruits):
            cnt[fruit] = cnt.get(fruit, 0) + 1
            while len(cnt) > 2:
                cnt[fruits[left]] -= 1
                if cnt[fruits[left]] == 0:
                    del cnt[fruits[left]]
                left += 1
            ans = max(ans, right - left + 1)
        return ans

复杂度分析

时间复杂度

  • O(N):每个元素最多被访问两次(右指针和左指针),N 为数组长度。

空间复杂度

  • O(1):哈希表最多存储3个键(两种类型 + 临时第三种),但最坏情况下为 O(N),实际由于类型有限,为常量。

结果

  • 时间复杂度:O(N)
  • 空间复杂度:O(1)
  • 通过所有测试用例

思路扩展:泛化到最多K种水果

如果问题扩展为允许使用K个篮子(即最多K种不同的水果类型),本质上变成了求解"最长连续子数组中包含最多K种不同元素"的长度。这是一个经典的滑动窗口问题变体,与原问题(K=2)类似。我们可以稍作修改来处理任意K(假设K >= 1)。

修改思路:

  1. 仍然使用两个指针(left 和 right)维护滑动窗口。
  2. 使用哈希表(Map或Dict)记录窗口内每种水果类型的计数。
  3. 扩展右指针,添加新水果到窗口,并更新计数。
  4. 如果窗口内独特类型数量(哈希表大小)超过K,则移动左指针,减少对应类型的计数,直到独特类型 <= K(如果计数降到0,则移除该类型)。
  5. 每次有效窗口时,更新最大长度(right - left + 1)。
  6. 这个方法可以无缝处理K=2的原问题,也适用于更大的K。

这种扩展保持了高效性,时间复杂度不变。

边界考虑:

  • 如果K=0,返回0(但通常K>=1)。
  • 如果K >= 水果总类型数,则答案为整个数组长度。
  • 处理空数组或单一类型的情况自然包含。

代码(泛化版本,添加参数K)

假设函数签名修改为int totalFruit(vector<int>& fruits, int K)(类似地为其他语言)。

C++

cpp 复制代码
class Solution {
public:
    int totalFruit(vector<int>& fruits, int K) {
        int n = fruits.size();
        unordered_map<int, int> cnt;
        int left = 0, ans = 0;
        for (int right = 0; right < n; ++right) {
            ++cnt[fruits[right]];
            while (cnt.size() > K) {
                --cnt[fruits[left]];
                if (cnt[fruits[left]] == 0) {
                    cnt.erase(fruits[left]);
                }
                ++left;
            }
            ans = max(ans, right - left + 1);
        }
        return ans;
    }
};

Java

java 复制代码
class Solution {
    public int totalFruit(int[] fruits, int K) {
        int n = fruits.length;
        Map<Integer, Integer> cnt = new HashMap<Integer, Integer>();
        int left = 0, ans = 0;
        for (int right = 0; right < n; ++right) {
            cnt.put(fruits[right], cnt.getOrDefault(fruits[right], 0) + 1);
            while (cnt.size() > K) {
                cnt.put(fruits[left], cnt.get(fruits[left]) - 1);
                if (cnt.get(fruits[left]) == 0) {
                    cnt.remove(fruits[left]);
                }
                ++left;
            }
            ans = Math.max(ans, right - left + 1);
        }
        return ans;
    }
}

Python

python 复制代码
class Solution:
    def totalFruit(self, fruits: List[int], K: int) -> int:
        cnt = {}
        left, ans = 0, 0
        for right, fruit in enumerate(fruits):
            cnt[fruit] = cnt.get(fruit, 0) + 1
            while len(cnt) > K:
                cnt[fruits[left]] -= 1
                if cnt[fruits[left]] == 0:
                    del cnt[fruits[left]]
                left += 1
            ans = max(ans, right - left + 1)
        return ans

复杂度分析(扩展版本)

时间复杂度

  • O(N):每个元素最多被右指针和左指针访问一次,N 为数组长度。即使K变化,复杂度不变。

空间复杂度

  • O(K):哈希表最多存储K+1个键(临时超过时),最坏情况下为O(min(N, 水果类型数))。

结果(扩展版本)

  • 该扩展算法适用于任意K,通过所有原测试用例(K=2时与原问题一致),并可处理更大K的场景。
  • 示例:对于fruits = [1,2,3,2,2] 和 K=3,输出5(整个数组),因为包含三种类型(1,2,3)。

总结

水果成篮问题本质上是求最长子数组中最多两种元素的长度,使用滑动窗口和哈希表高效维护类型计数。关键在于:

  1. 窗口维护:确保类型不超过两种,动态调整左边界。
  2. 线性时间:避免暴力枚举,实现高效求解。
  3. 边界处理:空数组或单一类型自然处理。

通过将独特类型限制从2泛化到K,我们只需在滑动窗口的收缩条件中调整为cnt.size() > K,即可实现灵活扩展。这体现了滑动窗口在"最多K种元素最长子数组"问题中的通用性。如果K很大,可进一步优化为检查整个数组的独特类型,但当前实现已高效。https://leetcode.cn/problems/fruit-into-baskets/description/?envType=daily-question&envId=2025-08-04

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