子串----和为K的子数组

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题目解读

给定一个整数数组 nums 和一个整数 k,我们需要统计并返回数组中和为 k 的连续子数组的个数。

这里要注意子数组的定义:它是数组中元素的连续非空序列。

示例

  • 输入:nums = [1,1,1], k = 2
  • 输出:2
  • 解释:子数组 [1,1](第 0、1 个元素)和 [1,1](第 1、2 个元素)的和都为 2。

暴力解法:双重循环

最直接的思路是枚举所有可能的子数组,计算它们的和并与 k 比较。

  • 外层循环确定子数组的起点,内层循环确定终点。
  • 时间复杂度:O(n²),在 n = 2 * 10⁴ 的数据规模下会超时。
  • 空间复杂度:O(1)。

cpp

复制代码
// 暴力解法(超时)
int subarraySum(vector<int>& nums, int k) {
    int count = 0;
    for (int i = 0; i < nums.size(); ++i) {
        int sum = 0;
        for (int j = i; j < nums.size(); ++j) {
            sum += nums[j];
            if (sum == k) {
                count++;
            }
        }
    }
    return count;
}

优化解法:前缀和 + 哈希表

核心思路

我们定义前缀和 pre_sum[i] 表示数组前 i 个元素的和,那么子数组 nums[j..i] 的和可以表示为:pre_sum[i] - pre_sum[j-1] = k我们的目标就是找到有多少对 (j-1, i) 满足这个等式,等价于找 pre_sum[j-1] = pre_sum[i] - k 的出现次数。

哈希表的作用

我们用一个哈希表 hash 来记录前缀和出现的次数:

  • 初始时,hash[0] = 1,这是为了处理 pre_sum[i] == k 的情况(即子数组从第 0 个元素开始)。
  • 遍历数组时,我们维护当前的前缀和 current_sum,并在哈希表中查找 current_sum - k 的出现次数,累加到结果中。
  • 最后将当前前缀和的出现次数在哈希表中加 1。

代码实现

cpp

复制代码
#include <vector>
#include <unordered_map>

using namespace std;

class Solution {
public:
    int subarraySum(vector<int>& nums, int k) {
        int count = 0;
        int current_sum = 0;
        unordered_map<int, int> hash;
        hash[0] = 1; // 初始化前缀和0出现1次
        
        for (int num : nums) {
            current_sum += num;
            // 如果存在 current_sum - k,说明有子数组的和为k
            if (hash.find(current_sum - k) != hash.end()) {
                count += hash[current_sum - k];
            }
            // 更新当前前缀和的出现次数
            hash[current_sum]++;
        }
        
        return count;
    }
};

复杂度分析

  • 时间复杂度 :O(n),只需要遍历数组一次,哈希表的查找和插入操作都是 O(1)。
  • 空间复杂度 :O(n),哈希表最多存储 n+1 个前缀和。

关键细节

  1. 初始化哈希表 :hash[0] = 1 是关键,它处理了子数组从第 0 个元素开始的情况。
  2. 负数和零的处理:由于数组中可能包含负数和零,前缀和可能会重复,哈希表可以很好地统计这些重复的前缀和。
  3. 连续子数组 :前缀和的定义保证了我们统计的是连续的子数组。
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