哈希表解Two Sum问题

Two Sum问题:给定一个整数数组 nums 和一个目标值 target,要求返回和为 target 的两个数的下标。
直接枚举的时间复杂度较高,主要由于每次查找 target - x 都需要线性扫描数组,导致整体复杂度达到 O(N²)。使用哈希表可以将查找操作的时间复杂度降为 O(1),从而将整体复杂度优化至 O(N)。

问题

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给定一个整数数组 nums 和一个整数目标值 target,请在该数组中找出 和为目标值 target  的那 两个 整数,并返回它们的数组下标。

可以假设每种输入只会对应一个答案,并且不能使用两次相同的元素。

可以按任意顺序返回答案。

示例 1:

输入:nums = [2,7,11,15], target = 9
输出:[0,1]
解释:因为 nums[0] + nums[1] == 9 ,返回 [0, 1] 。
示例 2:

输入:nums = [3,2,4], target = 6
输出:[1,2]
示例 3:

输入:nums = [3,3], target = 6
输出:[0,1]

解法

建立一个哈希表,用于存储数组元素及其索引。遍历数组时,检查哈希表中是否存在 target - current_value 的键。若存在,直接返回当前索引和哈希表中存储的索引。若不存在,将当前元素及其索引存入哈希表。

python 复制代码
from typing import List

class Solution:
    def twoSum(self, nums: List[int], target: int) -> List[int]:
        hashtable = dict()                       # 哈希表:数值 → 下标
        for i, num in enumerate(nums):
            if target - num in hashtable:        # 发现配对成功
                return [hashtable[target - num], i]
            hashtable[num] = i                   # 保存当前数值的下标
        return []                                # 无解(LeetCode 保证有解,可省略)
行 作用
hashtable = dict() 建一个空字典,用来记录"已经扫描过的数值"及其"第一次出现的下标"。
for i, num in enumerate(nums): 一次遍历,同时拿到下标 i 和元素值 num。
if target - num in hashtable: 计算"另一半"target - num,如果它已经在字典里,说明之前某个位置 j 满足 nums[j] + nums[i] == target。
return [hashtable[target - num], i] 直接返回这对下标:先存进来的那个(j)和当前这个(i)。
hashtable[num] = i 如果还没找到配对,就把当前数值和下标存进字典,供后面查找。
return [] 如果遍历结束都没找到,返回空列表(LeetCode 官方数据保证有解,这句其实跑不到)。

这种方法避免了双重循环,显著提升了效率。哈希表的快速查找特性确保了每次查询操作仅需常数时间,同时只需遍历数组一次即可完成。

算法复杂度

  • 时间:O(n) ------ 只扫一次数组,字典查询/插入平均 O(1)。
  • 空间:O(n) ------ 最坏情况下字典要存 n-1 个元素。\

例子

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nums = [2, 7, 11, 15], target = 9
i=0, num=2  -> 另一半 7 不在字典 -> 存入 {2:0}
i=1, num=7  -> 另一半 2 在字典   -> 返回 [0, 1]
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