很多前端都觉得算法是特别高大上的东西,但其实和人工智能这种硬核(虽然调参也不怎么硬核)的东西不同,算法可能会复杂,也可能很容易理解。
比如这道题就是一个非常经典的题目,很多公司的面试都会聊这道题。
这道 medium 难度的问题,很适合展示一个有着丰富生活经验的程序员,如何在不需要算法基础的情况下,凭借人类的聪明才智,找到解决方案。
热身
首先,先找一下它的简化版 2sum 来热热身。
最简单的想法就是把每两个都拿出来加一下,看看结果是不是我们想要的。但是直觉告诉我们,这样子并不高效。举一个很实际的例子就能明白。
比如这个周末你去参加线下相亲会,全场有且只有两个人才是真爱。于是我们每个人都要去找其他所有人聊天,去寻找 ta 是不是自己要找的另一半。每个人都要和每个人说话,这样时间复杂度很高,翻译成计算机的表示就是 O(n2)。
var twoSum =function(nums, target){for(let i =0; i < nums -1; i++){// 每个人for(let j = i +1; j < nums; j++){// 都去问其他的人if(nums[i]+nums[j]=== target){return[nums[i], nums[j]]}}}}
怎么样可以更高效一点? 这时候要引入哈希表,其实就是一个登记册,写上你的名字和你的要求。如果每个人都提前在主持人那里登记一遍,然后只要大家依次再报出自己名字,主持人就能够识别到,ta 就是你要找的人。
var twoSum =function(nums, target){
let res ={}for(let i =0; i < nums; i++){// 每个人登记自己想要配对的人,让主持人记住
res[target - nums[i]]= nums[i]}for(let j =0; j < nums; j++){// 每个人再次报数的时候,主持人看一下名单里有没有他if(res[nums[j]]!== undefined){return[nums[j], res[nums[j]]]}}}
很容易看出来,上面的方案仍然可以优化。就是每个人都来问一下主持人,自己要找的人有没有来登记过,如果没有的话,就把自己的要求写下来,等着别人来找自己。
var twoSum =function(nums, target){
let res ={}for(let i =0; i < nums; i++){// 每个人报出自己想要配对的人if(res[nums[i]]!== undefined){// 如果有人被登记过return[nums[i], res[nums[i]]]// 就是他}else{// 否则
res[target - nums[i]]= nums[i]// 主持人记住他的需求}}}2sum 问题最坏的情况是,第一个人和最后一个人配对,每个人都发了一次言。时间复杂度是 O(n),空间复杂度也是 O(n),因为主持人要用小本本记录下每个人的发言,最坏的时候,要把所有人的诉求都记一遍。
从生活经验中我们能感觉到什么方案是最好的,而且也能够知道,什么算法已经到达了优化的极限。这就是所谓的”只使用人类的聪明才智“就可以做出来。
当然, 如果没有编程的基础,可能不会想到哈希表-登记册这样的类比,但这应该只影响把解决方案转化为代码表达。想到解决方案这件事,其实是完全不依赖编码能力的。
面试很多年轻前端同学的时候,他们会一上来就直接开始写代码,然后把草纸写得一团糟。我都会给他们讲,要把算法和编码分开来看,你可以用伪代码,画图,甚至摆弄小道具的方法去寻求解法。有了明确的解法,再转化成可执行的代码,就是水到渠成的事情了。
three sum
好的,热身结束,现在来看3sum 问题。这个问题复杂了一些,变成了一个人找两个人。
一个新的周末,你再次去现在参加了一个,额,这次不是相亲会,是参加一个街篮比赛,赛前当然要组队啦,现在要想一个方法找到队友。组队还有一个要求,就是队伍的平均实力要符合要求,比如菜鸟抱两个大腿,或者有王者带两个弱鸡。
我们先想一个保底的办法,再去慢慢优化。最简单的办法是,每个人都去依次拉上另一个人一起去找第三个人,这个时间复杂度是O(n3)。
var threeSum =function(nums){
let res =[]for(let i =0; i < nums.length -2; i++){// 每个人for(let j = i +1; j < nums.length -1; j++){// 依次拉上其他每个人for(let k = j +1; k < nums.length; k++){// 去问剩下的每个人if(nums[i]+ nums[j]+ nums[k]===0){// 我们是不是可以一起组队
res.push([nums[i], nums[j], nums[k]])}}}}return res
}
受到上题的启发,在凑齐两人以后,他们可以找主持人登记需求的第三人,而不需要在茫茫人海中去找队友。这样,我们就把问题优化成了每个人都要找其他每个人,即时间复杂度O(n2),因为需要主持人记录数据,这里还有O(n)的空间复杂度。
var threeSum =function(nums){
let res =[]
let hash ={}for(let i =0; i < nums.length -2; i++){// 每个人for(let j = i +1; j < nums.length -1; j++){// 依次拉上其他每个人if(hash[nums[j]]!== undefined){// 已经有合适自己的两人组
res.push([nums[j]].concat(hash[nums[j]]))
hash[nums[j]]= undefined
}else{// 没有合适自己的两人组
let mark =0- nums[i]- nums[j]
hash[mark]=[nums[i], nums[j]]}}}return res
}// 示意代码 未AC
再优化
现在已经想到了可用的通用方案,根据题目的特点,看看还有哪里可以做一些优化。比如提前结束一些不可能的组合。
首先安排所有人按照顺序排队站好,这是一个需要花时间的操作,不过磨刀不误砍柴工,付出这个时间还是值得的。排序可以做到 O(nlogn),这是优于O(n2)的。
然后我们选择一个人做C位,既然是C位,那么就需要左右各有一个人。先选择队伍最左边(最小值)和队伍最右边(最大值)两个人,加上你,算一下总和。如果大于0,说明实力太强了,就把就把右侧的人选调左一位,反之,则调整左边的人选,增强一下实力。当某边选到紧挨着你的人的时候,就意味着组队结束,以你为 C位的所有可能都已经尝试完毕了。
var threeSum = function (nums){
let res =[]
nums.sort((a, b)=> a - b)// 先排个队,最左边是最弱(小)的,最右边是最强(大)的for(let i =1; i < nums.length -1; i++){// C位人选
let first =0
let last = nums.length -1do{
let result = nums[i]+ nums[first]+ nums[last]if(result ===0){// 如果可以组队
res.push([nums[i], nums[first], nums[last]])}if(result <=0&& first < i){// 实力太弱,把菜鸟那边右移一位while(nums[first]=== nums[++first]);// 如果相等就跳过}elseif(result >0&& last > i){// 实力太强,把大神那边右移一位while(nums[last]=== nums[--last]);}else{break// 某一边已经没有人选了}}while(1){}}return res
}// 示意代码 未AC
于是我们开开心心的把解答发到了力扣,然后就得到了一个 WA(wrong answer)。因为力扣的测试用例往往会有很多边界数据,不针对这些特殊情况做考虑的话,几乎一定会翻车的。
针对特殊用例优化
我们刚刚的解法,会在[0,0,0,0]这个情况下败下阵来,此时有两个解决方案,第一种就是直接堵上漏洞,针对有问题的测试数据在代码中加补丁。如果运气好的话,可能下一次提交就会 AC 了。但是这种方法在竞赛中是不可取的,因为一次 WA 会有罚时。在工作中我们可能顺手就打补丁修了问题,然后等到测试报出其他问题再去修。如果测试恰好没有发现任何问题,这段代码就可以上线了。但是这样带来的问题,一是并没有在逻辑层面消除某一类特殊数据可能带来的问题,二是代码会很丑陋,变得难以维护。
所以更好的做法是:从这个不通过的数据提取特征,添加对应特征数据的处理逻辑,一次修复一类的错误,并且尽量保持代码的流畅。
此处的报错是由重复数据引起的,看样子完全一样的两个人没必要 C 位出道两次,但是在一个队伍中其实存在着有两个相同值的可能,比如[-1,-1,2]这种组合。
于是我们新的问题就是:当有多个相同值的时候,选谁做 C 位?
像在[-1,-1,2]这个例子中,由第二个-1做了 C 位,我们用人类的聪明才智想一下就很容易想明白。如果一个负数要做 C位,它必须要保证队里有一个正数,所以选择最右边的那个就可以。反过来看[-2,1,1]这个案例,为了保证至少有一个负数,我们选择最左边的重复值。
对于0这个特殊值来说,左右一定是对称的,有一个极特殊的情况就是队列里面有超过三个0,此时只有选择中间的0才能保证不遗漏这种情况。除此之外,选择哪个0居中都是无所谓的。
重构策略
等等,分析到这里,好像把事情搞得过于复杂了。我们在选择第一个人的时候就分了三种情况。 重新思考一下,一开始选择 C 位,实则是为了利用有序数组快速筛选方案。因为这个人位于中间,所以才会有复杂的选取策略。如果第一次直接选择最左边的那个人,后面的策略依然类似,以双指针从最大最小两端相向而行,直到相遇,或者即将筛选出来三个符号相同的结果,即停止。好像仍然可以找到正确答案,同时也恰好避开了复杂的选 C 位情况。
我们可以进一步把一些明显出界的条件加上判断,再一次剪除部分无用尝试。
var threeSum = function (nums){
let res =[]
let length = nums.length;
nums.sort((a, b)=> a - b)// 先排个队,最左边是最弱(小)的,最右边是最强(大)的if(nums[0]<=0&& nums[length -1]>=0){// 优化1: 整个数组同符号,则无解for(let i =0; i < length -2;){if(nums[i]>0)break;// 优化2: 最左值为正数则一定无解
let first = i +1
let last = length -1do{if(first >= last || nums[i]* nums[last]>0)break// 两人选相遇,或者三人同符号,则退出
let result = nums[i]+ nums[first]+ nums[last]if(result ===0){// 如果可以组队
res.push([nums[i], nums[first], nums[last]])}if(result <=0){// 实力太弱,把菜鸟那边右移一位while(first < last && nums[first]=== nums[++first]){}// 如果相等就跳过}else{// 实力太强,把大神那边右移一位while(first < last && nums[last]=== nums[--last]){}}}while(first < last)while(nums[i]=== nums[++i]){}}}return res
}
面试中考察算法当然有可能就是比较纯粹的智商测试。既然你能够讲清楚这道题,至少说明你可以理解一个较复杂问题是如何解决的,思维和表达能力可以达到一定的水平。
另一种考察的可能,并不是要背算法,而是让面试者现场对问题进行分析,提出解决方案,然后进一步的转化为代码,再去验证。在这个过程中还可以持续的优化,包括对边界的优化补充,局部分支优化,甚至也包括对解法模型的优化。 这和我们日常的开发过程也很像。从需求抽象出技术方案,再转化为代码,经过联调测试,修bug,可能还有整合和重构。
一道力扣题目的解答,就是一个项目开发的缩影,这是我在面试中的体会。而最终打动我的同学,未必是因为完美的做对了问题,重要的是,展示了他们作为一个程序员,应有的聪明才智。片