Java算法(八)：力扣：数组专题：二分查找、移除元素、有序数组的平方、长度最短的子数组

本篇博客练习数组专题：

1.二分查找

本题的关键在于处理好边界问题，例如

1. 进行循环时，到底是 while(left < right) ，还是 while(left <= right)？
2. 区间指针移动时，到底是 right=middle，还是right=middle - 1？

答案是：

1. 如果target 是在一个在左闭右闭的区间里，也就是[left, right]， 此时就是while (left <=right)，right = middle - 1。
2. 如果target 是在一个在左闭右开的区间里，也就是[left, right）， 此时就是while (left <right)，right = middle。

弄明白了这个问题，二分查找的题就比较清楚了。以下给出第一种写法：

/*
        给定一个 n 个元素有序的（升序）整型数组 nums 和一个目标值 target，
        写一个函数搜索 nums 中的 target，如果目标值存在返回下标，否则返回 -1。
     */
    
    public static void main(String[] args) {
        search(new int[]{-1,0,3,5,9,12}, 9);
        search(new int[]{-1,0,3,5,9,12}, 2);
    }

    // 双指针，一左一右
    public static int search(int[] nums, int target) {
        if (target < nums[0] || target > nums[nums.length - 1]) {
            return -1;
        }

        int l = 0;
        int r = nums.length -1;
        // target 是在一个在左闭右闭的区间里，也就是[left, right]
        // 决定了middle指针如何移动
        while (l <= r) {
            int middle = (int) Math.floor(l + r);
            if (nums[middle] > target) {
                r = middle - 1;
            } else if (nums[middle] < target) {
                l = middle + 1;
            } else {
                System.out.println(middle);
                return middle;
            }
        }
        System.out.println("-1");
        return -1;
    }

2.移除元素

本题采用快、慢双指针解法。
快指针指向不需要删除的元素，放入到新数组中；
慢指针指向新数组元素的下标。

/*
        给你一个数组 nums 和一个值 val，你需要 原地 移除所有数值等于 val 的元素，并返回移除后数组的新长度。

        不要使用额外的数组空间，你必须仅使用 O(1) 额外空间并 原地 修改输入数组。
        元素的顺序可以改变。你不需要考虑数组中超出新长度后面的元素。
     */

    public int removeElement(int[] nums, int val) {
        // 双指针：
        // fast指针：指向不需要删除的元素，放入到新数组中
        // slow指针：指向新数组元素的下标
        int slow = 0;
        for (int fast = 0; fast < nums.length; fast++) {
            if (nums[fast] != val) {
                nums[slow] = nums[fast]; //把fast指针指向的元素 赋值给slow指针指向的元素
                slow++;
            }
        }
        return slow; //slow的大小即为新数组长度
    }

3.有序数组的平方

本题给出两种解法：
（1）暴力求解： 先把数组全部元素平方，再排序；
（2）双指针解法： 同样是左、右两指针，分别指向数组的头、尾元素。与上题移除元素类似的是， 本题往新数组里更新元素时，先更新值最大的元素（也就是从下标最大处倒着更新）

/*
        给你一个按 非递减顺序 排序的整数数组 nums，返回 每个数字的平方 组成的新数组
        要求也按 非递减顺序 排序。
     */

    // 1.双指针
    public int[] sortedSquares(int[] nums) {
        int l = 0;
        int r = nums.length - 1;
        // 往新数组里更新元素时，先更新值最大的元素
        // 也就是从下标最大处倒着更新
        int[] result = new int[nums.length];
        int index = nums.length - 1;
        while (l <= r) {
            if (nums[l] * nums[l] > nums[r] * nums[r]) {
                result[index] = nums[l] * nums[l];
                index--;
                l++; //l往右走
            } else {
                result[index] = nums[r] * nums[r];
                index--;
                r--; //r往左走
            }
        }
        return result;
    }

    // 2.暴力求解
    public int[] sortedSquares2(int[] nums) {
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            nums[i] *= nums[i];
        }
        Arrays.sort(nums);
        return nums;
    }

4.长度最短的子数组

本题采用的是滑动窗口的思想：

1. 滑动窗口就是 满足其和 ≥ target 的长度最小的 连续 子数组。
2. 窗口的起始位置如何移动?
   如果当前窗口的所以元素的和大于target了，窗口就要向前移动了（也就是该缩小了）。
3. 窗口的结束位置如何移动?
   窗口的结束位置就是遍历数组的指针，也就是for循环里的索引。

/*
        给定一个含有 n 个正整数的数组和一个正整数 target。
        找出该数组中满足其总和>=target的长度最小的 连续 子数组，并返回其长度。

        如果不存在符合条件的子数组，返回 0 。
     */

    // 滑动窗口（双指针）
    public int minSubArrayLen(int target, int[] nums) {
        int l = 0;
        int sum = 0;
        int result = Integer.MAX_VALUE;
        // 先移动窗口终止位置
        for (int r = 0; r < nums.length; r++) {
            sum += nums[r];
            while (sum >= target) {
                // 统计满足条件的 子数组长度
                result = Math.min(result, r - l + 1);
                // sum先减去起始位置的值，再移动起始指针
                sum -= nums[l++];
            }
        }
        return result == Integer.MAX_VALUE ? 0 : result;
    }