• 0018. 4Sum (M)


    4Sum (M)

    题目

    Given an array nums of n integers and an integer target, are there elements a, b, c, and d in nums such that a + b+ c + d = target? Find all unique quadruplets in the array which gives the sum of target.

    Note:

    The solution set must not contain duplicate quadruplets.

    Example:

    Given array nums = [1, 0, -1, 0, -2, 2], and target = 0.
    
    A solution set is:
    [
      [-1,  0, 0, 1],
      [-2, -1, 1, 2],
      [-2,  0, 0, 2]
    ]
    

    题意

    求四元组使其之和等于指定值。

    思路

    仿照 0015. 3Sum 的方法:先对数组排序,依次固定前两个元素i、j,对后两个元素m、n使用two pointers,注意去除重复值,时间复杂度为(O(N^3))

    另一种方法:先预处理两个数的和,存入hash表中,再重新二重循环求两数的和sum,看能否在hash表中找到值为target-sum的key,理论上复杂度为(O(N^2)),但考虑到去重步骤,实际时间还会增加。


    代码实现

    Java

    Two Pointers

    class Solution {
        public List<List<Integer>> fourSum(int[] nums, int target) {
            List<List<Integer>> ans = new ArrayList<>();
            Arrays.sort(nums);
            for (int i = 0; i < nums.length - 3; i++) {
                // 去除重复的i
                if (i > 0 && nums[i] == nums[i - 1]) {
                    continue;
                }
                for (int j = i + 1; j < nums.length - 2; j++) {
                    // 去除重复的j
                    if (j > i + 1 && nums[j] == nums[j - 1]) {
                        continue;
                    }
                    int m = j + 1, n = nums.length - 1;
                    while (m < n) {
                        int sum = nums[i] + nums[j] + nums[m] + nums[n];
                        if (sum < target) {
                            m++;
                            while (m < n && nums[m] == nums[m - 1]) {
                                m++;
                            }
                        } else if (sum > target) {
                            n--;
                            while (m < n && nums[n] == nums[n + 1]) {
                                n--;
                            }
                        } else {
                            List<Integer> quaternion = new ArrayList<>();
                            quaternion.add(nums[i]);
                            quaternion.add(nums[j]);
                            quaternion.add(nums[m]);
                            quaternion.add(nums[n]);
                            ans.add(quaternion);
                            m++;
                            while (m < n && nums[m] == nums[m - 1]) {
                                m++;
                            }
                            n--;
                            while (m < n && nums[n] == nums[n + 1]) {
                                n--;
                            }
                        }
                    }
                }
            }
            return ans;
        }
    }
    

    Hash

    class Solution {
        public List<List<Integer>> fourSum(int[] nums, int target) {
            List<List<Integer>> ans = new ArrayList<>();
            Map<Integer, List<Pair>> hash = new HashMap<>();
            Arrays.sort(nums);
            // 生成hash表
            for (int i = 0; i < nums.length - 1; i++) {
                for (int j = i + 1; j < nums.length; j++) {
                    // 若hash中存在
                    if (hash.containsKey(nums[i] + nums[j])) {
                        boolean flag = true;
                        // 同元素组成的sum只保留x最大的下标对
                        for (Pair pair : hash.get(nums[i] + nums[j])) {
                            if (nums[pair.x] == nums[i]) {
                                pair.x = i;
                                pair.y = j;
                                flag = false;
                                break;
                            }
                        }
                        if (flag) {
                            hash.get(nums[i] + nums[j]).add(new Pair(i, j));
                        }
                    } else {
                        List<Pair> pair = new ArrayList<>();
                        pair.add(new Pair(i, j));
                        hash.put(nums[i] + nums[j], pair);
                    }
                }
            }
    
            for (int i = 0; i < nums.length - 3; i++) {
                // 去除重复的i
                if (i > 0 && nums[i] == nums[i - 1]) {
                    continue;
                }
                for (int j = i + 1; j < nums.length - 2; j++) {
                    // 去除重复的j
                    if (j > i + 1 && nums[j] == nums[j - 1]) {
                        continue;
                    }
                    int sum = nums[i] + nums[j];
                    if (hash.containsKey(target - sum)) {
                        for (Pair pair : hash.get(target - sum)) {
                            // 只记录下标排在j后面的元素
                            if (pair.x > j) {
                                List<Integer> quaternion = Arrays.asList(nums[i], nums[j], nums[pair.x], nums[pair.y]);
                                ans.add(quaternion);
                            }
                        }
                    }
                }
            }
            return ans;
        }
    
        private class Pair {
            int x, y;
    
            public Pair(int x, int y) {
                this.x = x;
                this.y = y;
            }
        }
    }
    

    JavaScript

    Two Pointers

    /**
     * @param {number[]} nums
     * @param {number} target
     * @return {number[][]}
     */
    var fourSum = function (nums, target) {
      let res = []
      nums.sort((a, b) => a - b)
      for (let i = 0; i < nums.length - 3; i++) {
        if (i > 0 && nums[i] === nums[i - 1]) continue
        for (let j = i + 1; j < nums.length - 2; j++) {
          if (j > i + 1 && nums[j] === nums[j - 1]) continue
          let k = j + 1, m = nums.length - 1
          while (k < m) {
            let sum = nums[i] + nums[j] + nums[k] + nums[m]
            if ((k > j + 1 && nums[k] === nums[k - 1]) || sum < target) {
              k++
            } else if ((m < nums.length - 1 && nums[m] === nums[m + 1]) || sum > target) {
              m--
            } else {
              res.push([nums[i], nums[j], nums[k++], nums[m--]])
            }
          }
        }
      }
      return res
    }
    

    Hash

    /**
     * @param {number[]} nums
     * @param {number} target
     * @return {number[][]}
     */
    var fourSum = function (nums, target) {
      let res = []
      let map = new Map()
      nums.sort((a, b) => a - b)
    
      for (let i = 0; i < nums.length - 1; i++) {
        for (let j = i + 1; j < nums.length; j++) {
          let sum = nums[i] + nums[j]
          if (map.has(sum)) {
            let pair = map.get(sum).find((pair) => nums[pair[0]] == nums[i])
            if (pair) {
              [pair[0], pair[1]] = [i, j]
            } else {
              map.get(sum).push([i, j])
            }
          } else {
            map.set(sum, [[i, j]])
          }
        }
      }
    
      for (let i = 0; i < nums.length - 1; i++) {
        if (i > 0 && nums[i] === nums[i - 1]) continue
        for (let j = i + 1; j < nums.length; j++) {
          if (j > i + 1 && nums[j] === nums[j - 1]) continue
          let sum = nums[i] + nums[j]
          if (map.has(target - sum)) {
            for (let pair of map.get(target - sum)) {
              if (pair[0] > j) {
                res.push([nums[pair[0]], nums[pair[1]], nums[i], nums[j]])
              }
            }
          }
        }
      }
    
      return res
    }
    
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