哈希1:两数之和:哈希表优化指南

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🚀 经典算法入门:两数之和

💡 题目解析

给定一个整数数组 nums 和一个目标值 target,我们需要在数组中找到两个数,使它们的和等于 target,并返回这两个数的下标。

  • 每种输入只会对应一个答案
  • 不能使用同一个元素两次

举个例子:

  • 输入:nums = [2,7,11,15], target = 9
  • 输出:[0,1]
  • 解释:因为 nums[0] + nums[1] = 2 + 7 = 9,所以返回它们的下标 [0, 1]

🛠️ 解法一:暴力枚举

这是最容易想到的思路,直接用两层循环遍历所有可能的数对,检查它们的和是否等于目标值。

cpp

复制代码
class Solution {
public:
    vector<int> twoSum(vector<int>& nums, int target) {
        int n = nums.size();
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            for (int j = i + 1; j < n; ++j) {
                if (nums[i] + nums[j] == target) {
                    return {i, j};
                }
            }
        }
        return {}; // 题目保证有解,这里只是防止编译报错
    }
};

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(n²),因为两层循环,最坏情况下需要检查 n*(n-1)/2 个数对。
  • 空间复杂度:O(1),只使用了常数额外空间。

这种方法的优点是思路简单,但缺点也很明显 ------ 当数组很大时,时间效率会变得很低。


⚡ 解法二:哈希表优化

为了把时间复杂度降到 O(n),我们可以用哈希表(unordered_map)来存储已经遍历过的数字及其下标。这样,对于每个数字 nums[i],我们只需要在哈希表中查找是否存在 target - nums[i],就能在 O(1) 时间内找到另一个数。

cpp

复制代码
class Solution {
public:
    vector<int> twoSum(vector<int>& nums, int target) {
        unordered_map<int, int> hashMap;
        for (int i = 0; i < nums.size(); ++i) {
            int complement = target - nums[i];
            if (hashMap.find(complement) != hashMap.end()) {
                // 找到互补数,返回结果
                return {hashMap[complement], i};
            }
            // 没找到就把当前数存入哈希表
            hashMap[nums[i]] = i;
        }
        return {}; // 题目保证有解
    }
};

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(n),我们只遍历了数组一次,哈希表的查找和插入操作都是 O(1)
  • 空间复杂度:O(n),最坏情况下需要存储整个数组的元素。

这种方法用空间换时间,是算法优化中非常常见的思路。


🎯 核心思路对比

方法 时间复杂度 空间复杂度 适用场景
暴力枚举 O(n²) O(1) 数组规模较小
哈希表 O(n) O(n) 追求高效,数组规模较大

这道题的关键在于理解空间与时间的权衡。当你需要更快的速度时,哈希表是一个非常强大的工具。


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