【算法专题--双指针算法】leetcode--283. 移动零、leetcode--1089. 复写零

本文主要是介绍【算法专题--双指针算法】leetcode--283. 移动零、leetcode--1089. 复写零，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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前言

双指针
常见的双指针有两种形式，一种是对撞指针，⼀种是左右指针。
对撞指针：一般用于顺序结构中，也称左右指针。

对撞指针从两端向中间移动。一个指针从最左端开始，另⼀个从最右端开始，然后逐渐往中间逼
近。
对撞指针的终止条件一般是两个指针相遇或者错开（也可能在循环内部找到结果直接跳出循
环），也就是：
- left == right （两个指针指向同一个位置）
- left > right （两个指针错开）

快慢指针：又称为龟兔赛跑算法，其基本思想就是使用两个移动速度不同的指针在数组或链表等序列
结构上移动。
这种方法对于处理环形链表或数组非常有用。
其实不单单是环形链表或者是数组，如果我们要研究的问题出现循环往复的情况时，均可考虑使用快
慢指针的思想。

快慢指针的实现方式有很多种，最常用的⼀种就是：

在一次循环中，每次让慢的指针向后移动一位，而快的指针往后移动两位，实现一快一慢。

1. 移动零（easy）

「数组分两块」是非常常见的一种题型，主要就是根据一种划分方式，将数组的内容分成左右两部
分。这种类型的题，⼀般就是使用「双指针」来解决。

题目链接： 283. 移动零

题目描述：
给定一个数组 nums，编写一个函数将所有 0 移动到数组的末尾，同时保持非零元素的相对顺序。
请注意，必须在不复制数组的情况下原地对数组进行操作。
示例 1:

输入: nums = [0,1,0,3,12]
输出: [1,3,12,0,0]

示例 2:

输入: nums = [0]
输出: [0]

提示:

1 <= nums.length <= 104
-231 <= nums[i] <= 231 - 1
进阶：你能尽量减少完成的操作次数吗？

2. 解法（快排的思想：数组划分区间 - 数组分两块）

算法思路：

在本题中，我们可以用一个 cur 指针来扫描整个数组，另一个 dest 指针用来记录非零数序列的最后一个位置。根据 cur 在扫描的过程中，遇到的不同情况，分类处理，实现数组的划分。
在 cur 遍历期间，使 [0, dest] 的元素全部都是非零元素， [dest + 1, cur - 1] 的元素全是零。

算法流程：

初始化 cur = 0 （用来遍历数组）， dest = -1 （指向非零元素序列的最后⼀个位置。
因为刚开始我们不知道最后⼀个非零元素在什么位置，因此初始化为 -1 ）
cur 依次往后遍历每个元素，遍历到的元素会有下面两种情况：

i. 遇到的元素是 0 ， cur 直接 ++ 。因为我们的⽬标是让 [dest + 1, cur - 1] 内的元素全都是零，因此当 cur 遇到 0 的时候，直接 ++ ，就可以让 0 在 cur - 1的位置上，从而在 [dest + 1, cur - 1] 内；

ii. 遇到的元素不是 0 ， dest++ ，并且交换 cur 位置和 dest 位置的元素，之后让cur++ ，扫描下⼀个元素。

因为 dest 指向的位置是非零元素区间的最后⼀个位置，如果扫描到⼀个新的非零元素，那么它的位置应该在 dest + 1 的位置上，因此 dest 先自增 1 ；
dest++ 之后，指向的元素就是 0 元素（因为非零元素区间末尾的后⼀个元素就是0 ），因此可以交换到 cur 所处的位置上，实现 [0, dest] 的元素全部都是非零元素， [dest + 1, cur - 1] 的元素全是零。

在这里插入图片描述

C++ 算法代码：

class Solution {
public:void moveZeroes(vector<int>& nums) {for(int des=-1,cur =0;cur<nums.size();cur++)if(nums[cur])swap(nums[++des],nums[cur]);}
};

C++ 代码结果：
在这里插入图片描述

Java 算法代码：

class Solution
{public void moveZeroes(int[] nums){for (int cur = 0, dest = -1; cur < nums.length; cur++)if (nums[cur] != 0) // 仅需处理⾮零元素{dest++; // dest 先向后移动⼀位// 交换int tmp = nums[cur];nums[cur] = nums[dest];nums[dest] = tmp;}}
}

3. 复写零（easy）

题目链接： 1089. 复写零
题目描述：

给你一个长度固定的整数数组 arr ，请你将该数组中出现的每个零都复写一遍，并将其余的元素向右平移。注意：请不要在超过该数组长度的位置写入元素。请对输入的数组就地进行上述修改，不要从函数返回任何东西。

示例 1：

输入：arr = [1,0,2,3,0,4,5,0]
输出：[1,0,0,2,3,0,0,4]
解释：调用函数后，输入的数组将被修改为：[1,0,0,2,3,0,0,4]

示例 2：

输入：arr = [1,2,3]
输出：[1,2,3]
解释：调用函数后，输入的数组将被修改为：[1,2,3]

提示：

1 <= arr.length <= 104
0 <= arr[i] <= 9

4.解法（原地复写 - 双指针）

确定目标位置：

首先，使用两个指针 dest 和 cur 来确定每个位置复制0后应该放置的位置。cur 指针用于遍历原始数组，而 dest 指针则用于确定在复制0后应该放置新元素的位置。cur 最终的位置就是复写后数组的最后一个数的位置。

如果 arr[cur] 不为0，那么 dest 只增加1，因为当前元素不需要复制。
如果 arr[cur] 为0，那么 dest 增加2，因为需要复制一个0放在当前0的后面。
处理边界情况：在遍历过程中，如果 dest 超过了数组的最大索引 n-1，则说明没有足够的空间来放置所有的0。在这种情况下，将数组的最后一个元素设置为0，并将 dest 和 cur 指针相应地向后移动。

从后向前复写：在确定了所有元素的目标位置后，从数组的末尾开始，根据原始数组中的元素值，将元素复制到它们的目标位置。

如果 arr[cur] 不为0，则将其复制到 arr[dest]，并将两个指针都向前移动1位。
如果 arr[cur] 为0，则先复制一个0到 arr[dest]，再复制另一个0到 arr[dest-1]，然后将 cur 向前移动1位，dest 向前移动2位。

在这里插入图片描述

解题方法

该算法使用双指针技术，通过一次遍历来确定每个元素的目标位置，然后从后向前进行复写。这种方法避免了额外的空间开销，并且只进行了一次遍历，因此效率较高。

时间复杂度： O(n)，其中n是数组的长度。算法只进行了一次遍历，因此时间复杂度是线性的。
空间复杂度： O(1)，算法只使用了常数个额外变量，没有使用与数组大小相关的额外空间。

总结

这个算法是一种高效的原地修改算法，它利用了双指针技术来避免额外的空间开销，并且只进行了一次遍历。这种算法的时间复杂度和空间复杂度都是最优的。

C++ 算法代码：

class Solution {
public:void duplicateZeros(vector<int>& arr) {//找最后一个数 int dest=-1,cur=0,n=arr.size();while(cur<n){if(arr[cur])dest++;elsedest+=2;if(dest>=n-1)break;cur++;}//边界情况if(dest>=n){arr[n-1]=0;dest-=2;cur--;}while(cur>=0){if(arr[cur])arr[dest--]=arr[cur--];else{arr[dest--]=arr[cur];arr[dest--]=arr[cur--];}}}
};

在这里插入图片描述
Java 算法代码：

class Solution
{public void duplicateZeros(int[] arr){int cur = 0, dest = -1, n = arr.length;// 1. 先找到最后⼀个需要复写的数while (cur < n){if (arr[cur] == 0) dest += 2;else dest += 1;if (dest >= n - 1) break;cur++;}// 2. 处理⼀下边界情况if (dest == n){arr[n - 1] = 0;cur--; dest -= 2;}// 3. 从后向前完成复写操作while (cur >= 0){if (arr[cur] != 0) arr[dest--] = arr[cur--];else{arr[dest--] = 0;arr[dest--] = 0;cur--;}}}
}