算法5,有效三角形个数

核心内容是关于计算数组中能构成三角形的三元组个数的算法笔记。以下从题目分析、算法分析和代码编写三个方面进行总结。


题目分析

  • 问题 :给定一个非负整数数组 nums,返回其中可以构成三角形的三元组个数。

  • 三角形判定定理 :对于三条边长 a, b, c(满足 a ≤ b ≤ c),能构成三角形的充要条件a + b > c

  • 目标 :统计数组中所有满足该条件的三元组 (nums[i], nums[j], nums[k])的个数。

  • 示例 :笔记中以数组 [2,2,3,4]为例进行推演。

算法分析

笔记中对比了两种主要思路:

  1. 暴力枚举法

    • 思路 :使用三层循环枚举所有可能的三元组 (i, j, k),并检查是否满足 a + b > c

    • 缺点:时间复杂度为 O(n³),效率极低。

  2. 排序 + 双指针法(最优解)

    • 思路 :利用判定定理的单调性。先对数组进行排序 ,保证后续操作中 a ≤ b ≤ c

    • 核心策略 :固定最大边c(即 nums[k]),在其左侧的子数组 [0, k-1]中使用双指针寻找满足 a + b > c(a, b)对。

      • 初始化 left = 0, right = k-1

      • nums[left] + nums[right] > nums[k]

        • 由于数组有序,对于当前的 left,所有 (left, left+1, ..., right)作为 b都满足条件。因此,可直接将 right - left个三元组加入答案。

        • 然后 right--,尝试更小的 b

      • nums[left] + nums[right] ≤ nums[k]

        • 说明 a太小,需要增大,执行 left++
    • 步骤

      1. 排序数组。

      2. 从后向前遍历,固定最大数 nums[i]作为 c

      3. i左侧的区间内,使用上述双指针法统计满足条件的二元组个数,并累加到答案中。

    • 优点:时间复杂度 O(n²),远优于暴力法。

代码编写

以下是基于排序和双指针算法的 Java 代码实现,修正并梳理了笔记中的逻辑:

复制代码
import java.util.Arrays;

class Solution {
    public int triangleNumber(int[] nums) {
        if (nums == null || nums.length < 3) {
            return 0;
        }
        // 1. 排序
        Arrays.sort(nums);
        int count = 0;
        int n = nums.length;
        
        // 2. 固定最大的边 c (nums[i])
        for (int i = n - 1; i >= 2; i--) {
            int left = 0;
            int right = i - 1;
            // 3. 在 c 左侧的区间内使用双指针寻找 a+b > c
            while (left < right) {
                if (nums[left] + nums[right] > nums[i]) {
                    // 固定right作为b,left到right-1的所有a都满足条件
                    count += (right - left);
                    right--; // 尝试更小的 b
                } else {
                    // a+b <= c,需要增大 a
                    left++;
                }
            }
        }
        return count;
    }
}

代码说明

  1. Arrays.sort(nums):排序是后续双指针算法正确性的基础。

  2. 外层循环 for (int i = n - 1; i >= 2; i--):从大到小依次固定最长边 c

  3. 内层 while循环:标准的双指针搜索,核心在于当 nums[left] + nums[right] > nums[i]成立时,可以利用有序性一次性计算出多组解,这是提升效率的关键。

  4. 最终返回累加得到的 count

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