LeetCode 15. 三数之和 3Sum（C语言）

题目描述：

给定一个包含 n 个整数的数组 nums，判断 nums 中是否存在三个元素 a，b，c ，使得 a + b + c = 0 ？找出所有满足条件且不重复的三元组。
注意：答案中不可以包含重复的三元组。

例如, 给定数组 nums = [-1, 0, 1, 2, -1, -4]，
满足要求的三元组集合为：
[
[-1, 0, 1],
[-1, -1, 2]
]

题目解答：

方法1：排序法

在两数之和中，双指针求目标数的方法可以用在这里。外层遍历数组元素，将其相反数当作目标数，内层用双指针法确定是否存在目标数。需要注意的是重复元素的过滤，存储符合题意解之后，要跳过相等的数字，避免产生重复解。运行时间56ms左右，代码如下。

/**
 * Return an array of arrays of size *returnSize.
 * Note: The returned array must be malloced, assume caller calls free().
 */
int comp(void* a, void* b) {
    return *(int*)a > *(int*)b ? 1 : -1;
}
int** threeSum(int* nums, int numsSize, int* returnSize) {
    int n = numsSize;
    qsort(nums, n, sizeof(int), comp);
    if(n < 3 || nums[0] > 0 || nums[0] + nums[1] + nums[2] > 0)
        return NULL;
    int** result = NULL;
    int i = 0, size = 0;
    int left = 0, right = 0;
    for(i = 0; i < n - 2 && nums[i] <= 0; i++) {
        left = i + 1;
        right = n - 1;
        while(left < right) {
            if(nums[i] + nums[left] + nums[right] > 0)
                right--;
            else if(nums[i] + nums[left] + nums[right] < 0)
                left++;
            else {
                size++;
                result = (int**)realloc(result, size * sizeof(int*));
                result[size - 1] = (int*)malloc(3 * sizeof(int));
                result[size - 1][0] = nums[i];
                result[size - 1][1] = nums[left];
                result[size - 1][2] = nums[right];
                while(left + 1 < n && nums[left] == nums[left + 1])
                    left++;
                while(right - 1 >= 0 && nums[right] == nums[right - 1])
                    right--;
                left++;
                right--;
            }
        }
        while(i + 1 < n && nums[i] == nums[i + 1])
            i++;
    }
    *returnSize = size;
    return result;
}

方法2： Hash+排序

排序完之后，将大于等于0的数字存入hash，直接申请最大正数max加1的空间，出现过的数字标记为真，否则标记为假。接下来利用两层循环，在循环最内侧，利用hash查找符合条件的第三个数字是否存在，在找第三个数字时，符合以下判断条件即可存储：

1. target <= max && hash[target] && nums[j] < target (最后一个条件保证存储的结果都是递增的，避免重复结果)
2. target == nums[j] && flag (flag表示nums[j]之前是否有与其相等的数字，有则为真，无则为假)

另外需要跳过第一层循环中重复元素。运行时间48ms，代码如下。

/**
 * Return an array of arrays of size *returnSize.
 * Note: The returned array must be malloced, assume caller calls free().
 */
int comp(void* a, void* b) {
    return *(int*)a > *(int*)b ? 1 : -1;
}
int** threeSum(int* nums, int numsSize, int* returnSize) {
    int n = numsSize;
    int i = 0, j = 0, size = 0, t = 0;
    qsort(nums, n, sizeof(int), comp);
    if(n < 3 || nums[0] > 0 || nums[n - 1] < 0 || nums[0] + nums[1] + nums[2] > 0)
        return NULL;
    bool* hash = (bool*)calloc(nums[n - 1] + 1, sizeof(bool));
    for(i = 0; i < n; i++) { 
        if(nums[i] >= 0)
            hash[nums[i]] = true;
    }
    int** result = NULL;
    for(i = 0; i < n - 2 && nums[i] <= 0; i++) {
        for(j = i + 1; j < n - 1; j++) {
            bool flag = false;
            while(nums[j] == nums[j + 1]) {
                j++;
                flag = true;
            }  
            t = nums[i] + nums[j];
            if(t > 0)
                break;
            if((-t <= nums[n - 1] && hash[-t] && nums[j] < -t) || (-t == nums[j] && flag)) {
                size++;
                result = (int**)realloc(result, size * sizeof(int*));
                result[size - 1] = (int*)malloc(3 * sizeof(int));
                result[size - 1][0] = nums[i];
                result[size - 1][1] = nums[j];
                result[size - 1][2] = -t;
            }
        }
        while(nums[i] == nums[i + 1])
            i++;
    }
    *returnSize = size;
    return result;
}