LeetCode算法题：颜色分类

题目描述如下：

给定一个包含红色、白色和蓝色，一共 n 个元素的数组，原地对它们进行排序，使得相同颜色的元素相邻，并按照红色、白色、蓝色顺序排列。

此题中，我们使用整数 0、 1 和 2 分别表示红色、白色和蓝色。

注意:
不能使用代码库中的排序函数来解决这道题。

示例:

输入: [2,0,2,1,1,0]
输出: [0,0,1,1,2,2]

      这道题有很多种做法，一种是直接对原来的vector数组进行排序（如冒泡排序），另一种是官方给的做法，即先通过迭代计算出元素0、1、2的个数，然后重写当前数组，这两种方法，都属于暴力方法，需要两次循环，时间复杂度分别为O(n^2)和O(2*n)，效率比较低，进阶的做法通过一遍循环即可解决该问题，这种方法是三指针法。

下面先给出两种暴力法的代码：

1、直接排序：

C++：

class Solution {
public:
    void sortColors(vector<int>& nums) {
        int i,j,temp;
        for(i=0;i<nums.size();i++){
            for(j=i;j<nums.size();j++){
                if(nums[j]<=nums[i]){
                    temp = nums[i];
                    nums[i] = nums[j];
                    nums[j] = temp;
                }
            }
        }
    }
};

2、先通过迭代计算出元素0、1、2的个数，然后重写当前数组

C++:

class Solution {
public:
    void sortColors(vector<int>& nums) {
        int figure1=0,figure2=0,figure3=0;
        int length = nums.size(),i;
        
        for(i=0;i<length;i++){//计算出0、1、2元素的个数
            if(nums[i]==0){figure1++;}
            else if(nums[i]==1){figure2++;}
            else if(nums[i]==2){figure3++;}
        }
        for(i=0;i<length;i++){//重写数组
            if(figure1!=0){nums[i]=0;figure1--;continue;}
            else if(figure2!=0){nums[i]=1;figure2--;continue;}
            else if(figure3!=0){nums[i]=2;figure3--;continue;}
        }
    }
};

python：

class Solution:
    def sortColors(self, nums: List[int]) -> None:
        """
        Do not return anything, modify nums in-place instead.
        """
        #计算元素0、1、2的个数
        figure1 = nums.count(0)
        figure2 = nums.count(1)
        figure3 = nums.count(2)
        
        #重写数组
        for i in range(len(nums)):
            if figure1!=0:
                nums[i] = 0
                figure1 -= 1
            elif figure2!=0:
                nums[i] = 1
                figure2 -= 1
            elif figure3!=0:
                nums[i] = 2
                figure3 -= 1

进阶做法（三指针法）：

思路如下：

• 初始化0的最右边界：p0 = 0。在整个算法执行过程中 nums[idx < p0] = 0.

• 初始化2的最左边界 ：p2 = n - 1。在整个算法执行过程中 nums[idx > p2] = 2.

• 初始化当前考虑的元素序号 ：i  = 0.

• While curr <= p2 :

  • 若 nums[i] = 0 ：交换第 i个 和 第p0个 元素，并将指针都向右移。

  • 若 nums[i] = 2 ：交换第 i个和第 p2个元素，并将 p2指针左移 。

  • 若 nums[i] = 1 ：将指针i右移。

C++代码如下：

class Solution {
public:
    void sortColors(vector<int>& nums) {
        #三个指针分别为p0、p2、i
        int p0=0,p2=nums.size()-1;
        int i=0;
        
        while(i<=p2){
            if(nums[i]==0){
                nums[i] = nums[p0];
                nums[p0] = 0;
                p0++;
                i++;
            }
            else if(nums[i]==2){
                nums[i] = nums[p2];
                nums[p2] = 2;
                p2--;
            }
            else{i++;}
        }
    }
};