LeetCode演算法題-K-diff Pairs in an Array（Java實現）
這是悅樂書的第254 次更新，第267 篇原創
01 看題和準備
今天介紹的是LeetCode演算法題中Easy級別的第121題（順位題號是532）。給定一個整數陣列和一個整數k，您需要找到陣列中唯一的k-diff對的數量。 這裡k-diff對被定義為整數對（i，j），其中i和j都是陣列中的數字，它們的絕對差是k。例如：
輸入：[3,1,4,1,5]，k = 2
輸出：2
說明：陣列中有兩個2-diff對，（1,3）和（3,5）。雖然我們在輸入中有兩個1，但我們應該只返回唯一對的數量。
輸入：[1,2,3,4,5]，k = 1
輸出：4
說明：陣列中有四個1-diff對，（1,2），（2,3），（3,4）和（4,5）。
輸入：[1,3,1,5,4]，k = 0
輸出：1
說明：陣列中有一個0-diff對，（1,1）。
注意：
-
對（i，j）和（j，i）計為同一對。
-
陣列的長度不會超過10,000。
-
給定輸入中的所有整數都屬於以下範圍：[-1e7, 1e7]。
本次解題使用的開發工具是eclipse，jdk使用的版本是1.8，環境是win7 64位系統，使用Java語言編寫和測試。
02 第一種解法
暴力解法。先排序，然後使用兩層迴圈，計算不同元素的絕對值，如果等於k，次數就加1。在外面第一層迴圈那裡，如果前後元素相同，就跳過當前迴圈，進行下一次迴圈。在內層迴圈那裡同樣做了類似的判斷，排除重複計算。
此解法的時間複雜度是O(n^2)，空間複雜度是O(1)。
public int findPairs(int[] nums, int k) {
if (nums == null || nums.length == 0 || k < 0) {
return 0;
}
Arrays.sort(nums);
int count = 0;
for (int i=0; i<nums.length; i++) {
int n = nums[i];
if (i >= 1 && nums[i-1] == nums[i]) {
continue;
}
for (int j=i+1; j<nums.length; j++) {
if (j >= i+2 && nums[j-1] == nums[j]) {
continue;
}
if (Math.abs(n - nums[j]) == k) {
count++;
}
}
}
return count;
}
03 第二種解法
第一種解法時間複雜度太高了，得降低點。第一種解法，我們是做減法，求絕對值，來判斷是否等於k，我們也可以做加法，拿當前元素加上k，然後看新元素是否存在於陣列中。同時還要考慮重複的計算資料，因此參與計算的元素是唯一的，對此我們可以使用HashMap，已元素值作為key，該元素值出現次數為value。遍歷key，如果key加上k後的值存在於map中，次數加1，另外如果k為0的時候，只需要判斷每個key所對應的value是否大於等於2即可。
此解法的時間複雜度是O(n)，最壞情況也可能是O(n^2)，空間複雜度是O(n)。
public int findPairs2(int[] nums, int k) {
if (nums == null || nums.length == 0 || k < 0) {
return 0;
}
Map<Integer,Integer> map = new HashMap<Integer,Integer>();
for (int n : nums) {
map.put(n, map.getOrDefault(n, 0)+1);
}
int count = 0;
if (k == 0) {
for (Integer key: map.keySet()) {
if (map.get(key) >= 2) {
count++;
}
}
} else {
for (Integer key: map.keySet()) {
if (map.containsKey(key+k)) {
count++;
}
}
}
return count;
}
04 第三種解法
對於第二種解法，還可以將判斷放在迴圈體裡面。
public int findPairs3(int[] nums, int k) {
if (nums == null || nums.length == 0 || k < 0) {
return 0;
}
Map<Integer,Integer> map = new HashMap<Integer,Integer>();
for (int n : nums) {
map.put(n, map.getOrDefault(n, 0)+1);
}
int count = 0;
for (Map.Entry<Integer, Integer> entry : map.entrySet()) {
if (k == 0) {
if (entry.getValue() >= 2) {
count++;
}
} else {
if (map.containsKey(entry.getKey()+k)) {
count++;
}
}
}
return count;
}
05 第四種解法
使用HashSet。使用兩個HashSet，同樣分為兩種情況：k等於0和K不等於0。
如果k等於0時，對陣列進行遍歷，如果當前元素不存在於set1中，就新增進set1，如果存在set1中，就去判斷是否存在於set2中，如果不存在，次數就加1，並將元素新增進set2中。
如果k不等於0，遍歷陣列，將當前元素新增進set1，將當前元素加上k後再新增進set2，然後使用retainAll方法，將set1中不包含set2元素的元素剔除掉（也就是兩set的交集），最後count等於set1中元素的個數。
public int findPairs4(int[] nums, int k) {
if (nums == null || nums.length == 0 || k < 0) {
return 0;
}
Set<Integer> set1 = new HashSet<Integer>();
Set<Integer> set2 = new HashSet<Integer>();
int count = 0;
if (k == 0) {
for (int n : nums) {
if (!set1.contains(n)) {
set1.add(n);
} else {
if (!set2.contains(n)){
count++;
}
set2.add(n);
}
}
} else {
for (int n : nums) {
set1.add(n);
set2.add(n + k);
}
set1.retainAll(set2);
count = set1.size();
}
return count;
}
06 第五種解法
使用雙指標。還是先將資料排序，定義左右兩個指標，分別從0開始，如果左右指標相等，說明是迴圈的第一次或者重複了，就需要將右指標往後移動一位。如果左指標所指向元素加上k後等於右指標的元素，那麼次數加1，接著要判斷，如果右指標所指向位置後面的元素和當前元素相等，那麼右指標繼續往後移動。如果左指標所指向元素加上k後小於右指標的元素，說明左邊的元素小了，左指標向前移動。如果左指標所指向元素加上k後大於右指標的元素，說明右邊的元素小了，右指標向前移動。
此解法的時間複雜度是O(n log(n))，空間複雜度是O(1)。
public int findPairs5(int[] nums, int k) {
if (nums == null || nums.length == 0 || k < 0) {
return 0;
}
Arrays.sort(nums);
int count = 0;
int start = 0, end = 0;
while (end < nums.length) {
if (start == end) {
end++;
} else if (nums[start] + k == nums[end]) {
count++;
while (end + 1 < nums.length && nums[end] == nums[end + 1]) {
end++;
}
end++;
} else if (nums[start] + k < nums[end]) {
start++;
} else if (nums[start] + k > nums[end]) {
end++;
}
}
return count;
}
07 小結
此題的測試用例中，k出現了負值，所以在特殊情況判斷中，還需要判斷k小於0，這也是本題不嚴謹的一個地方。
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