双指针算法在链表与数组问题中的应用-优快云博客

1.介绍

双指针，指的是在遍历对象的过程中，使用两个相同方向（快慢指针）或者相反方向（对撞指针）的指针进行扫描，从而达到相应的目的。经常用在数组和链表数据结构中，双指针算法通常不难，双指针算法是基于暴力解法的优化，它们是很好的学习算法的入门问题。双指针在平时运用中，一般分为两类，“快慢指针”，用于解决链表中的问题；“左右指针”，用于解决数组中的问题，比如二分搜索。

2.快慢指针

快慢指针，一般会初始化链表的头结点 head，快指针 fast在前，慢指针 slow在后，通过指针移动，来解决链表中的问题。

题目描述

leetcode 141.环形链表

给你一个链表的头节点 head ，判断链表中是否有环。

如果链表中有某个节点，可以通过连续跟踪 next 指针再次到达，则链表中存在环。为了表示给定链表中的环，评测系统内部使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置（索引从 0 开始）。如果 pos 是 -1，则在该链表中没有环。注意：pos 不作为参数进行传递，仅仅是为了标识链表的实际情况。

如果链表中存在环，则返回 true 。否则，返回 false 。

示例 1：

输入：head = [3,2,0,-4], pos = 1

输出：true

解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。

题目解析

判断单链表是否有环，常用算法就是双指针，fast指针跑得快，slow指针跑得慢。如果没有环，fast指针最终会遇到null；如果有环，fast指针最终会超slow指针1圈，和slow指针相遇。

代码实现

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */
bool hasCycle(struct ListNode *head) {
    struct ListNode *fast = head;
    struct ListNode *slow = head;

    while (fast != NULL && fast->next != NULL) {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next->next;
        
        if (slow == fast)
            return true;
    }
    return false;
}

3.左右指针

左右指针，就是的数组里的两个索引值，用left和right表示。

题目描述

167. 两数之和 II - 输入有序数组

给定一个已按照 非递减顺序排列的整数数组numbers ，请你从数组中找出两个数满足相加之和等于目标数target 。

函数应该以长度为 2 的整数数组的形式返回这两个数的下标值。numbers 的下标从 1 开始计数，所以答案数组应当满足 1 <= answer[0] < answer[1] <= numbers.length 。

你可以假设每个输入只对应唯一的答案，而且你不可以重复使用相同的元素。

示例 1：

输入：numbers = [2,7,11,15], target = 9

输出：[1,2]

解释：2 与 7 之和等于目标数 9 。因此 index1 = 1, index2 = 2

题目解析

题目中数组是有序的，首先会想到用双指针实现，类似于二分查找解法。

如果 nums[left] + nums[right] = target，则下标 left 和 right 即为要寻找的下标；

如果 nums[left] + nums[right] > target，则 left++ 接着查找；

如果 nums[left] + nums[right] < target，则 right 接着查找。

代码实现

/**
 * Note: The returned array must be malloced, assume caller calls free().
 */
int* twoSum(int* numbers, int numbersSize, int target, int* returnSize){
    int *res = (int*)malloc(sizeof(int) * 2);
    int left = 0;
    int right = numbersSize - 1;

    res[0] = -1;
    res[1] = -1;
    *returnSize = 2;

    while (left < right) {
        if (numbers[left] + numbers[right] == target) {
            res[0] = left + 1;
            res[1] = right + 1;
            return res;
        }
        else if (numbers[left] + numbers[right] < target)   {
            left++;
        }
        else {
            right--;
        }
    }

    return res;
}