双指针法的核心思想是通过同时操作两个指针来遍历数据结构,通常是数组或链表,以达到优化算法性能的目的。具体来说,双指针法能够减少时间复杂度、空间复杂度,或者简化逻辑结构。以下是双指针法的几个核心思想:
ps 下面提到的“应用场景”:在力扣中都有原题!
- 两端逼近:
- 核心思想:通过设置两个指针,一个从数据结构的左端开始,一个从右端开始,然后根据一定的条件向中间移动这两个指针,从而逐步缩小问题的规模。
- 应用场景:如数组中的“二分搜索”、“盛水最多的容器(Container with Most Water)”、以及“接雨水(Trapping Rain Water)”等问题。
- 优势:避免了多次嵌套循环或者重复遍历,从而将时间复杂度从 O(n^2) 降到 O(n)。
- 快慢指针:
- 核心思想:设置两个指针,一个指针每次移动一步(慢指针),另一个指针每次移动两步或更多(快指针)。通过这种方式,可以在一次遍历中同时完成多项任务。
- 应用场景:如链表中的“环检测(Cycle Detection)”问题、寻找链表的中间节点等。
- 优势:通过一次遍历同时获取多种信息,提高了效率。
- 滑动窗口:
- 核心思想:使用两个指针定义一个窗口,窗口可以向前滑动以覆盖不同的子区间。这种方法常用于解决涉及子数组或子字符串的问题,如“最长子串”、“最小覆盖子串”等。
- 应用场景:如“最小覆盖子串(Minimum Window Substring)”、“无重复字符的最长子串(Longest Substring Without Repeating Characters)”等。
- 优势:在处理连续子区间问题时,可以在 O(n) 时间复杂度内完成解决方案。
- 分割与合并:
- 核心思想:将问题分解为左右两部分,通过双指针分别处理这两部分,并在合适的时候合并结果。
- 应用场景:如“归并排序(Merge Sort)”、“两个有序数组的合并”等。
优势:可以有效处理有序数组或链表的合并问题,保证合并后的结果依然有序。
- 条件判断与指针移动:
- 核心思想:通过条件判断决定哪个指针移动,以逐步逼近或找到符合条件的解。
- 应用场景:如“二分查找”、“两数之和(Two Sum)”问题。
- 优势:能够快速收敛到问题的解,避免不必要的遍历和计算。
总结:
双指针法的核心在于利用两个指针的协作,通过合理的移动策略来减少问题的规模或提高问题的求解效率。其应用非常广泛,可以显著优化涉及数组、链表等线性结构的问题,尤其在需要高效处理子区间、子序列、或寻找特定条件下的元素时尤为有效。
这种方法的优势在于线性遍历能够在保持结果正确性的同时,减少算法的复杂度,是处理各种线性问题时的一个非常有力的工具。
例题:力扣接雨水接雨水
双指针代码+详细注释:
- 重点1,利用双指针的好处就是自然完成遍历!(两个指针相交就便利完成)
- 重点2:按列来计算!
class Solution {
public:int trap(vector<int>& height) {// 获取数组的长度int n = height.size();// 如果数组为空,则没有可以积水的地方,直接返回0if (n == 0) return 0;// 初始化两个指针,分别指向数组的两端int left = 0, right = n - 1;// 初始化左边和右边的最大高度int leftMax = 0, rightMax = 0;// 初始化结果,存储最终的积水量int waterTrapped = 0;// 当左指针小于右指针时,继续循环while (left < right) {// 如果左边的高度小于右边的高度,则说明左边可以计算水洼if (height[left] < height[right]) {// 如果当前左边的高度大于或等于leftMax,则更新leftMaxif (height[left] >= leftMax) {leftMax = height[left];} else {// 否则,则必定形成小水洼!计算当前左边位置能存储的水量,并累加到waterTrapped中waterTrapped += leftMax - height[left];}// 左指针向右移动left++;} else {// 如果右边的高度小于或等于左边的高度if (height[right] >= rightMax) {// 如果当前右边的高度大于或等于rightMax,则更新rightMaxrightMax = height[right];} else {// 否则,计算当前右边位置能存储的水量,并累加到waterTrapped中waterTrapped += rightMax - height[right];}// 右指针向左移动right--;}}// 返回计算得到的总积水量return waterTrapped;}
};