双指针 --- 接雨水

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题目描述

给定 n 个非负整数表示每个宽度为 1 的柱子的高度图,计算按此排列的柱子,下雨之后能接多少雨水。

这是一道经典的困难级别题目,核心在于理解每个位置能承接的雨水量,是由它左右两侧的最高柱子中较矮的那根决定的。

双指针解法思路

核心原理

对于任意位置 i,能接的雨水量 = min(左侧最高高度, 右侧最高高度) - height[i]。如果该值为负,则说明无法接水,记为 0。

双指针优化

我们不需要提前计算左右两侧的最高高度数组(这会占用 O (n) 空间),可以用双指针在一次遍历中完成计算:

  • leftright 两个指针分别从数组两端向中间移动
  • 维护 pleftpright 两个变量,分别记录左指针左侧的最高高度和右指针右侧的最高高度
  • 每次比较 pleftpright,选择较小的一侧进行计算:
    • 如果 pleft < pright,说明左指针位置的雨水量由 pleft 决定,计算后左指针右移
    • 否则,说明右指针位置的雨水量由 pright 决定,计算后右指针左移

完整代码

cpp

复制代码
class Solution {
public:
    int trap(vector<int>& height) {
        int pleft = 0, pright = 0;
        int left = 0;
        int sum = 0;
        int right = height.size() - 1;
        while (left < right) {
            pleft = max(pleft, height[left]);
            pright = max(pright, height[right]);
            sum += pleft < pright ? (pleft - height[left++]) : (pright - height[right--]);
        }
        return sum;
    }
};

代码解析

  1. 初始化

    • left 指针从数组头部开始,right 指针从数组尾部开始
    • pleftpright 初始化为 0,分别记录左右两侧的最大高度
    • sum 用于累计总雨水量
  2. 双指针移动

    • 每次更新当前指针位置的最大高度
    • 比较 pleftpright,确定当前能计算的指针
    • 计算当前指针位置的雨水量并累加到 sum
    • 移动对应的指针(左指针右移或右指针左移)
  3. 终止条件 :当 left >= right 时,遍历结束,返回 sum

复杂度分析

  • 时间复杂度:O (n),每个元素最多被访问一次
  • 空间复杂度:O (1),只使用了常数级别的额外空间

示例验证

以示例 1 输入 height = [0,1,0,2,1,0,1,3,2,1,2,1] 为例:

  • 初始时 left=0right=11
  • 随着指针移动,pleftpright 不断更新
  • 最终累计 sum=6,与题目输出一致
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