快慢指针技巧

本文主要探讨在处理数组相关问题时如何运用快慢指针技巧,特别是原地修改数组的情况。通过设置快指针fast和慢指针slow,解决数组中重复元素的高效删除问题,避免O(N^2)的时间复杂度,实现O(N)的解决方案。

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在处理数组和链表相关问题时,双指针技巧是经常用到的,双指针技巧主要分为两类:左右指针和快慢指针。

所谓左右指针,就是两个指针相向而行或者相背而行;而所谓快慢指针,就是两个指针同向而行,一快一慢。

对于单链表来说,大部分技巧都属于快慢指针,前文 单链表的六大解题套路 都涵盖了,比如链表环判断,倒数第 K 个链表节点等问题,它们都是通过一个 fast 快指针和一个 slow 慢指针配合完成任务。

在数组中并没有真正意义上的指针,但我们可以把索引当做数组中的指针,这样也可以在数组中施展双指针技巧,本文主要讲数组相关的双指针算法。

一、快慢指针技巧

数组问题中比较常见且难度不高的的快慢指针技巧,是让你原地修改数组。
在这里插入图片描述
简单解释一下什么是原地修改:

如果不是原地修改的话,我们直接 new 一个 int[] 数组,把去重之后的元素放进这个新数组中,然后返回这个新数组即可。

但是现在题目让你原地删除,不允许 new 新数组,只能在原数组上操作,然后返回一个长度,这样就可以通过返回的长度和原始数组得到我们去重后的元素有哪些了。

由于数组已经排序,所以重复的元素一定连在一起,找出它们并不难。但如果毎找到一个重复元素就立即原地删除它,由于数组中删除元素涉及数据搬移,整个时间复杂度是会达到 O(N^2)。

高效解决这道题就要用到快慢指针技巧:

我们让慢指针 slow 走在后面,快指针 fast 走在前面探路,找到一个不重复的元素就赋值给 slow 并让 slow 前进一步。

这样,就保证了 nums[0…slow] 都是无重复的元素,当 fast 指针遍历完整个数组 nums 后,nums[0…slow] 就是整个数组去重之后的结果。

看代码:

int removeDuplicates(int[] nums) {
    if (nums.length == 0) {
        return 0;
    }
    int slow = 0, fast = 0;
    while (fast < nums.length) {
        if (nums[fast] != nums[slow]) {
            slow++;
            // 维护 nums[0..slow] 无重复
            nums[slow] = nums[fast];
        }
        fast++;
    }
    // 数组长度为索引 + 1
    return slow + 1;
}


算法执行的过程如下 GIF 图:
在这里插入图片描述

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