18. 四数之和

18. 四数之和

给定一个包含 n 个整数的数组 nums 和一个目标值 target,判断 nums 中是否存在四个元素 a,b,c 和 d ,使得 a + b + c + d 的值与 target 相等?找出所有满足条件且不重复的四元组。

注意: 答案中不可以包含重复的四元组。

示例:
给定数组 nums = [1, 0, -1, 0, -2, 2],和 target = 0。
满足要求的四元组集合为:
[
[-1, 0, 0, 1],
[-2, -1, 1, 2],
[-2, 0, 0, 2]
]

来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/4sum
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双指针

这题于三数之和是一样的,学会了三数之和就可以做出来,无非就是在套一个循环而已。不过当循环次数多了之和,哈希表就不好用了,所以选择双指针。

class Solution:
    def fourSum(self, nums: List[int], target: int) -> List[List[int]]:
        result = []
        nums.sort()
        for i in range(len(nums)):
            if i > 0 and nums[i] == nums[i - 1]:
                continue
            for j in range(i + 1, len(nums)):
                if j > i + 1 and nums[j] == nums[j - 1]:
                    continue
                left, right = j + 1, len(nums) - 1
                while left < right:
                    currSum = nums[i] + nums[j] + nums[left] + nums[right]
                    if currSum == target:
                        result.append([nums[i], nums[j], nums[left], nums[right]])
                        while left < right and nums[left] == nums[left + 1]:
                            left += 1
                        while left < right and nums[right] == nums[right - 1]:
                            right -= 1
                        left += 1
                        right -= 1
                    elif currSum < target:
                        left += 1
                    else:
                        right -= 1
        return result 
LeetCode 中,“四个数之和” 是一道经典题目,编号为 **LeetCode 18. 四数之和**。它的目标是: > 给你一个包含 `n` 个整数的数组 `nums`,判断 `nums` 中是否存在四个元素 `a, b, c, d`,使得 `a + b + c + d = target`?找出所有满足条件且不重复的四元组。 --- ## ✅ 示例 输入: ```cpp nums = [1, 0, -1, 19, -1, 2]; target = 0; ``` 输出(可能): ``` [ [-1, -1, 1, 1], [-2, -1, 1, 2], [-1, 0, 0, 1] ] ``` --- ## ✅ 解法:排序 + 双指针(O(n³)) ### 思路: - 先将数组排序; - 固定前两个数(i 和 j); - 使用双指针(left 和 right)在剩下的部分中寻找两个数,使四数之和等于目标值; - 注意去重,避免重复的四元组。 --- ## ✅ C++ 实现代码如下: ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> using namespace std; vector<vector<int>> fourSum(vector<int>& nums, int target) { vector<vector<int>> res; int n = nums.size(); if (n < 4) return res; sort(nums.begin(), nums.end()); for (int i = 0; i < n - 3; ++i) { // 去重第一个数 if (i > 0 && nums[i] == nums[i - 1]) continue; for (int j = i + 1; j < n - 2; ++j) { // 去重第二个数 if (j > i + 1 && nums[j] == nums[j - 1]) continue; long long newTarget = (long long)target - nums[i] - nums[j]; int left = j + 1, right = n - 1; while (left < right) { long long sum = nums[left] + nums[right]; if (sum == newTarget) { res.push_back({nums[i], nums[j], nums[left], nums[right]}); // 去重第三个数 while (left < right && nums[left] == nums[left + 1]) left++; // 去重第四个数 while (left < right && nums[right] == nums[right - 1]) right--; left++; right--; } else if (sum < newTarget) { left++; } else { right--; } } } } return res; } // 主函数测试 int main() { vector<int> nums = {1, 0, -1, 19, -1, 2}; int target = 0; vector<vector<int>> result = fourSum(nums, target); for (auto& quad : result) { for (int num : quad) cout << num << " "; cout << endl; } return 0; } ``` --- ## ✅ 代码说明: | 部分 | 功能 | |------|------| | `sort(nums.begin(), nums.end())` | 排序以便使用双指针并去重 | | `for (int i = 0; i < n - 3; ++i)` | 固定第一个数 | | `for (int j = i + 1; j < n - 2; ++j)` | 固定第二个数 | | `while (left < right)` | 双指针查找后两个数 | | `newTarget = target - nums[i] - nums[j]` | 将问题转化为两数之和 | --- ## ✅ 时间复杂度分析: - 排序:O(n log n) - 三重循环(i, j, 双指针):O(n³) - 所以整体时间复杂度为:**O(n³)** --- ##
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