数组理论基础

数组是存放在连续内存空间上的相同类型数据的集合。

数组可以方便的通过下标索引的方式获取到下标下对应的数据

需要两点注意的是

• 数组下标都是从0开始的。

• 数组内存空间的地址是连续的

正是因为数组的在内存空间的地址是连续的，所以我们在删除或者增添元素的时候，就难免要移动其他元素的地址。也可以理解为数组的元素是不能删的，只能覆盖。

704.二分查找

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给定一个 n 个元素有序的（升序）整型数组 nums 和一个目标值 target ，写一个函数搜索 nums 中的 target，如果目标值存在返回下标，否则返回 -1。

示例 1:

输入: nums = [-1,0,3,5,9,12], target = 9
输出: 4
解释: 9 出现在 nums 中并且下标为 4

示例 2:

输入: nums = [-1,0,3,5,9,12], target = 2
输出: -1
解释: 2 不存在 nums 中因此返回 -1

提示：

1. 你可以假设 nums 中的所有元素是不重复的。

1. n 将在 [1, 10000]之间。

1. nums 的每个元素都将在 [-9999, 9999]之间。

思路：

这道题目的前提是数组为有序数组，同时题目还强调数组中无重复元素，因为一旦有重复元素，使用二分查找法返回的元素下标可能不是唯一的。

写二分法，区间的定义一般为两种，左闭右闭即[left, right]，或者左闭右开即[left, right)。

左闭右闭：

第一种写法，我们定义 target 是在一个在左闭右闭的区间里，也就是[left, right]。

区间的定义这就决定了二分法的代码应该如何写，因为定义target在[left, right]区间，所以有如下两点：

• while (left <= right) 要使用 <= ，因为left == right是有意义的，所以使用 <=

• if (nums[middle] > target) right 要赋值为 middle - 1，因为当前这个nums[middle]一定不是target，那么接下来要查找的左区间结束下标位置就是 middle - 1

代码如下：

class Solution {
public:int search(vector<int>& nums, int target) {int left = 0;int right = nums.size() - 1; // 定义target在左闭右闭的区间里，[left, right]while (left <= right) { // 当left==right，区间[left, right]依然有效，所以用 <=int middle = left + ((right - left) / 2);// 防止溢出 等同于(left + right)/2if (nums[middle] > target) {right = middle - 1; // target 在左区间，所以[left, middle - 1]} else if (nums[middle] < target) {left = middle + 1; // target 在右区间，所以[middle + 1, right]} else { // nums[middle] == targetreturn middle; // 数组中找到目标值，直接返回下标}}// 未找到目标值return -1;}
};

左闭右开

如果说定义 target 是在一个在左闭右开的区间里，也就是[left, right) 。

有如下两点：

• while (left < right)，这里使用 < ,因为left == right在区间[left, right)是没有意义的

• if (nums[middle] > target) right 更新为 middle，因为当前nums[middle]不等于target，去左区间继续寻找，而寻找区间是左闭右开区间，所以right更新为middle，即：下一个查询区间不会去比较nums[middle]

代码如下：

class Solution {
public:int search(vector<int>& nums, int target) {int left = 0;int right = nums.size(); // 定义target在左闭右开的区间里，即：[left, right)while (left < right) { // 因为left == right的时候，在[left, right)是无效的空间，所以使用 <int middle = left + ((right - left) >> 1);if (nums[middle] > target) {right = middle; // target 在左区间，在[left, middle)中} else if (nums[middle] < target) {left = middle + 1; // target 在右区间，在[middle + 1, right)中} else { // nums[middle] == targetreturn middle; // 数组中找到目标值，直接返回下标}}// 未找到目标值return -1;}
};

27.移除元素

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给你一个数组 nums 和一个值 val，你需要原地移除所有数值等于 val 的元素，并返回移除后数组的新长度。

不要使用额外的数组空间，你必须仅使用 O(1) 额外空间并原地修改输入数组。

元素的顺序可以改变。你不需要考虑数组中超出新长度后面的元素。

示例 1：

输入：nums = [3,2,2,3], val = 3
输出：2, nums = [2,2]
解释：函数应该返回新的长度 2, 并且 nums 中的前两个元素均为 2。你不需要考虑数组中超出新长度后面的元素。例如，函数返回的新长度为 2 ，而 nums = [2,2,3,3] 或 nums = [2,2,0,0]，也会被视作正确答案。

示例 2：

输入：nums = [0,1,2,2,3,0,4,2], val = 2
输出：5, nums = [0,1,4,0,3]
解释：函数应该返回新的长度 5, 并且 nums 中的前五个元素为 0, 1, 3, 0, 4。注意这五个元素可为任意顺序。你不需要考虑数组中超出新长度后面的元素。

思路：

要知道数组的元素在内存地址中是连续的，不能单独删除数组中的某个元素，只能覆盖。

暴力解法：

两层for循环，一个for循环遍历数组元素 ，第二个for循环更新数组。

代码如下：

// 时间复杂度：O(n^2)
// 空间复杂度：O(1)
class Solution {
public:int removeElement(vector<int>& nums, int val) {int size = nums.size();for (int i = 0; i < size; i++) {if (nums[i] == val) { // 发现需要移除的元素，就将数组集体向前移动一位for (int j = i + 1; j < size; j++) {nums[j - 1] = nums[j];}i--; // 因为下标i以后的数值都向前移动了一位，所以i也向前移动一位size--; // 此时数组的大小-1}}return size;}
};

双指针法：

双指针法（快慢指针法）： 通过一个快指针和慢指针在一个for循环下完成两个for循环的工作。

定义快慢指针

• 快指针：寻找新数组的元素 ，新数组就是不含有目标元素的数组

• 慢指针：指向更新 新数组下标的位置

代码如下：

// 时间复杂度：O(n)
// 空间复杂度：O(1)
class Solution {
public:int removeElement(vector<int>& nums, int val) {int slowIndex = 0;for (int fastIndex = 0; fastIndex < nums.size(); fastIndex++) {if (val != nums[fastIndex]) {nums[slowIndex++] = nums[fastIndex];}}return slowIndex;}
};

双指针法（头尾指针法）：

基于元素顺序可以改变的题目描述改变了元素相对位置，确保了移动最少元素。

代码如下：

// 时间复杂度：O(n)
// 空间复杂度：O(1)
class Solution {
public:int removeElement(vector<int>& nums, int val) {int leftIndex = 0;int rightIndex = nums.size() - 1;while (leftIndex <= rightIndex) {// 找左边等于val的元素while (leftIndex <= rightIndex && nums[leftIndex] != val){++leftIndex;}// 找右边不等于val的元素while (leftIndex <= rightIndex && nums[rightIndex] == val) {-- rightIndex;}// 将右边不等于val的元素覆盖左边等于val的元素if (leftIndex < rightIndex) {nums[leftIndex++] = nums[rightIndex--];}}return leftIndex;   // leftIndex一定指向了最终数组末尾的下一个元素}
};

注：本文为代码随想录学习笔记，原著请访问代码随想录 (programmercarl.com)