[数据结构与算法]Java哈希表及相关算法

Java哈希表及相关算法

本文档创作于代码随想录算法训练营一期

本人非双在校大三学生，如有错误、缺漏可以直接指出或私信交流，当然有问题也可以一起讨论啊！很乐意多交一个朋友！

参考文献链接：代码随想录

1.哈希表基础

2.哈希表内部原理

3.一些有关哈希表算法题

3.1力扣242_有效的字母异位词

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给定两个字符串 s 和 t ，编写一个函数来判断 t 是否是 s 的字母异位词。

注意：若 s 和 t 中每个字符出现的次数都相同，则称 s 和 t 互为字母异位词。

输入: s = “anagram”, t = “nagaram”
输出: true

这道题的第一想法就是拿哈希表做，但是看完解析，考虑到效率问题，26个字母直接那数组来做反而更快更好。

class Solution {
    public boolean isAnagram(String s, String t) {
        //创建record记录26个字母出现的次数
        int[] record = new int[26];
        for(char c:s.toCharArray()){
            record[c-'a']+=1;
        }
        //减去另一个字符串的字母出现次数，最后直接判断是否等于零，这样子就可以避免讨论多了或者少了的情况
        for(char c:t.toCharArray()){
            record[c-'a']-=1;
        }
        for(int i:record){
            if(i!=0){
                return false;
            }
        }
        return true;
    }
}

3.2力扣349_两个数组的交集

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给定两个数组 nums1 和 nums2 ，返回 它们的交集 。输出结果中的每个元素一定是 唯一 的。我们可以 不考虑输出结果的顺序 。

输入：nums1 = [4,9,5], nums2 = [9,4,9,8,4]
输出：[9,4]
解释：[4,9] 也是可通过的

class Solution {
    public int[] intersection(int[] nums1, int[] nums2) {
        //判断特殊情况，数组的需要判断null和长度为0
        if(nums1==null||nums1.length==0||nums2==null||nums2.length==0){
            return new int[0];
        }
        //创建哈希数组
        Set<Integer> set1 = new HashSet<>();
        Set<Integer> resSet = new HashSet<>();

        for(int i:nums1){
            set1.add(i);
        }
        for(int i:nums2){
            if(set1.contains(i)){
                resSet.add(i);
            }
        }
        //将结果集遍历进一个数组中
        int[] resArr = new int[resSet.size()];
        int index = 0;
        for(int i:resSet){
            resArr[index++] = i;
        }
        return resArr;
    }
}

3.3力扣202_快乐数

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编写一个算法来判断一个数 n 是不是快乐数。

「快乐数」 定义为：

对于一个正整数，每一次将该数替换为它每个位置上的数字的平方和。
然后重复这个过程直到这个数变为 1，也可能是 无限循环 但始终变不到 1。
如果这个过程 结果为 1，那么这个数就是快乐数。

如果 n 是 快乐数 就返回 true ；不是，则返回 false 。

输入：n = 19
输出：true
解释：
12 + 92 = 82
82 + 22 = 68
62 + 82 = 100
12 + 02 + 02 = 1

这道题看似是要一直循环的题目，但是循环后得到的数都是相同的。需要快速判断一串数据里是否有某个元素，首先想到的就是利用哈希数组。

class Solution {
    public boolean isHappy(int n) {
        //因为求和后循环结果是一样的，利用哈希数组判断求和后的结果中是否有1
        Set<Integer> record = new HashSet<>();
        while(n!=1&&!record.contains(n)){
            record.add(n);
            n = getNextNumber(n);
        }
        return n==1;
    }
    //由上一个求和结果求下一个和
    private int getNextNumber(int n){
        int res = 0;
        while(n>0){
            int temp = n%10;
            res += temp*temp;
            n = n/10;
        }
        return res;
    }
}

3.4力扣1_两数之和

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给定一个整数数组 nums 和一个整数目标值 target，请你在该数组中找出 和为目标值 target 的那 两个 整数，并返回它们的数组下标。

你可以假设每种输入只会对应一个答案。但是，数组中同一个元素在答案里不能重复出现。

你可以按任意顺序返回答案。

输入：nums = [2,7,11,15], target = 9
输出：[0,1]
解释：因为 nums[0] + nums[1] == 9 ，返回 [0, 1] 。

这道题没有那么直接地告诉你说要比对一串数据里是否有某个数据，这里涉及到的有3个数据，索引需要用减法巧妙地减少掉一项数据地影响。也就是**target-nums[i]**这样的形式。

class Solution {
    public int[] twoSum(int[] nums, int target) {
        Map<Integer,Integer> map = new HashMap<>();
        for(int i=0;i<nums.length;i++){
            if(map.get(target-nums[i])!=null){
                return new int[]{map.get(target-nums[i]),i};
            }
            map.put(nums[i],i);
        }
        return new int[]{0,0};
    }
}

3.5力扣454_四数相加Ⅱ

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给你四个整数数组 nums1、nums2、nums3 和 nums4 ，数组长度都是 n ，请你计算有多少个元组 (i, j, k, l) 能满足：

0 <= i, j, k, l < n
nums1[i] + nums2[j] + nums3[k] + nums4[l] == 0

输入：nums1 = [1,2], nums2 = [-2,-1], nums3 = [-1,2], nums4 = [0,2]
输出：2
解释：
两个元组如下：

1. (0, 0, 0, 1) -> nums1[0] + nums2[0] + nums3[0] + nums4[1] = 1 + (-2) + (-1) + 2 = 0
2. (1, 1, 0, 0) -> nums1[1] + nums2[1] + nums3[0] + nums4[0] = 2 + (-1) + (-1) + 0 = 0

这道题的思路与之前类似，但是也需要通过处理减少相关量，此处通过将nums1与nums2相加、nums3与nums4相加来减少相关量，从而题目就变成了判断一串数据里是否包含另一个数据的题目。

class Solution {
    public int fourSumCount(int[] nums1, int[] nums2, int[] nums3, int[] nums4) {
        Map<Integer,Integer> map = new HashMap<>();
        int count = 0;
        for(int i:nums1){
            for(int j:nums2){
                if(map.get(i+j)!=null){
                    map.put(i+j,map.get(i+j)+1);
                }else{
                    map.put(i+j,1);
                }
            }
        }
        for(int i:nums3){
            for(int j:nums4){
                if(map.get(-(i+j))!=null){
                    count+=map.get(-(i+j));
                }
            }
        }
        return count;
    }
}

3.6力扣383_赎金信

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给你两个字符串：ransomNote 和 magazine ，判断 ransomNote 能不能由 magazine 里面的字符构成。

如果可以，返回 true ；否则返回 false 。

magazine 中的每个字符只能在 ransomNote 中使用一次。

输入：ransomNote = “a”, magazine = “b”
输出：false

这道题与前面力扣242思路一样，也是利用数组统计个数再做比较。

class Solution {
    public boolean canConstruct(String ransomNote, String magazine) {
        int[] nums = new int[26];
        for(char i:magazine.toCharArray()){
            nums[i-'a']++;
        }
        for(char j:ransomNote.toCharArray()){
            nums[j-'a']--;
            if(nums[j-'a']<0){
                return false;
            }
        }
        return true;
    }
}

3.7力扣15_三数之和

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给你一个整数数组 nums ，判断是否存在三元组 [nums[i], nums[j], nums[k]] 满足 i != j、i != k 且 j != k ，同时还满足 nums[i] + nums[j] + nums[k] == 0 。请

你返回所有和为 0 且不重复的三元组。

注意：答案中不可以包含重复的三元组。

输入：nums = [-1,0,1,2,-1,-4]
输出：[[-1,-1,2],[-1,0,1]]
解释：
nums[0] + nums[1] + nums[2] = (-1) + 0 + 1 = 0 。
nums[1] + nums[2] + nums[4] = 0 + 1 + (-1) = 0 。
nums[0] + nums[3] + nums[4] = (-1) + 2 + (-1) = 0 。
不同的三元组是 [-1,0,1] 和 [-1,-1,2] 。
注意，输出的顺序和三元组的顺序并不重要。

class Solution {
    //本题用哈希表做容易超时，建议用双指针
    public List<List<Integer>> threeSum(int[] nums) {
        List<List<Integer>> result= new ArrayList<>();
        Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();//定义怎么写要记牢
        //把所有数组元素载入map
        for(int i = 0; i < nums.length; i++){
            map.put(nums[i], i);//为了方便找对应值的index，为后面找index>j>i的值做铺垫，这也是使用map的原因
        }
        for(int i=0;i<nums.length;i++){
            for(int j=i+1;j<nums.length;j++){
                int c = 0 - (nums[i] + nums[j]);
                if(map.containsKey(c)
                && map.get(c) > j){
                    List<Integer> list = new ArrayList<>();//须在里面定义，否则后面加到result里就会有重复了
                    list.add(nums[i]);
                    list.add(nums[j]);
                    list.add(c);
                    Collections.sort(list);//排序，这样的话方便去重
                    if(!result.contains(list)){
                        result.add(list);
                    }
                }  
            }
        }
        return result;
    }
}

class Solution {
    public List<List<Integer>> threeSum(int[] nums) {
        List<List<Integer>> result = new ArrayList<>();
        //排序
        Arrays.sort(nums);

        for(int i=0;i<nums.length;i++){
            //i>0时，不可能存在更多结果了
            if(nums[i]>0){
                return result;
            }
            //去重复
            if(i>0&&nums[i]==nums[i-1]){
                continue;
            }
            //利用双指针缺点后续数组中两个数值
            int left = i+1;
            int right = nums.length-1;
            while(right>left){
                int sum = nums[i] + nums[left] + nums[right];
                if(sum>0){
                    right--;
                }else if(sum<0){
                    left++;
                }else{
                    //加入list数组，后续数组去重复
                    result.add(Arrays.asList(nums[i],nums[left],nums[right]));
                    while(right>left&&nums[right]==nums[right-1])right--;
                    while(right>left&&nums[left]==nums[left+1])left++;

                    right--;
                    left++;
                }
            }
        }
        return result;
    }
}

3.8力扣18_四数之和

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给你一个由 n 个整数组成的数组 nums ，和一个目标值 target 。请你找出并返回满足下述全部条件且不重复的四元组 [nums[a], nums[b], nums[c], nums[d]] （若两个四元组元素一一对应，则认为两个四元组重复）：

0 <= a, b, c, d < n
a、b、c 和 d 互不相同
nums[a] + nums[b] + nums[c] + nums[d] == target

你可以按 任意顺序 返回答案 。

输入：nums = [1,0,-1,0,-2,2], target = 0
输出：[[-2,-1,1,2],[-2,0,0,2],[-1,0,0,1]]

class Solution {
    public List<List<Integer>> fourSum(int[] nums, int target) {
        List<List<Integer>> result = new ArrayList<>();
        Arrays.sort(nums);
        
        for(int i=0;i<nums.length;i++){
            //一个坎
            if(nums[i]>0&&target<0){
                continue;
            }
            if(i>0&&nums[i-1]==nums[i]){
                continue;
            }
            for(int j=i+1;j<nums.length;j++){
                if(j>i+1&&nums[j-1]==nums[j]){
                    continue;
                }
                int left = j+1;
                int right = nums.length-1;
                while(right>left){
                    Integer sum = nums[i]+nums[j]+nums[left]+nums[right];
                    if(sum>target){
                        right--;
                    }else if(sum<target){
                        left++;
                    }else{
                        result.add(Arrays.asList(nums[i],nums[j],nums[left],nums[right]));
                        while(right>left&&nums[right]==nums[right-1])right--;
                        while(right>left&&nums[left]==nums[left+1])left++;
                        left++;
                        right--;
                    }
                }
            }
        }
        return result;
    }
}

3哈希表总结