LeetCode 精选 TOP 面试题（Java 实现）—— 颜色分类

一、题目描述

1.1 题目

• 颜色分类

• 给定一个包含红色、白色和蓝色，一共 n 个元素的数组，原地对它们进行排序，使得相同颜色的元素相邻，并按照红色、白色、蓝色顺序排列。此题中，我们使用整数 0、 1 和 2 分别表示红色、白色和蓝色。

• 注意:
  不能使用代码库中的排序函数来解决这道题。

• 示例:

输入: [2,0,2,1,1,0]
输出: [0,0,1,1,2,2]

• 进阶：
  （1）一个直观的解决方案是使用计数排序的两趟扫描算法。
  首先，迭代计算出0、1 和 2 元素的个数，然后按照0、1、2的排序，重写当前数组。
  （2）你能想出一个仅使用常数空间的一趟扫描算法吗？

1.2 知识点

• 双指针

1.3 题目链接

• https://leetcode-cn.com/problems/sort-colors/

二、解题思路

2.1 自研思路

  我的解题思路是使用三个指针，分别维护 0 、1 和 2 的结尾，当扫描到一个元素为 0 时即后移指针 zero 然后将指针所指位置设置为 0 ，相当于完成了元素的替换，需要注意的是因为三个元素是按顺序排列的，因此当移动前面的指针时，同时应后移后面的指针（比如移动指针 zero 时，同时应后移指针 first 和 second），在这里我是直接使用了 Java 的Switch 语句来实现的。

  同时需要注意，当被处理的两个指针重合时，后移其中一个指针时，会同时后移另一个指针，但此时后指针不能够将值写入，否则会覆盖掉前指针的值，此时后指针应仅做后移操作而不做赋值操作（具体如[2, 0, 1]这种情况时，后移 zero 指针后会同时后移 first 指针，此时如果 first 指针如果写入会覆盖掉 zero 指针所写入的值）。

2.2 示例思路

  官方解法使用的是标准双指针，即：

• 初始化0的最右边界：p0 = 0。在整个算法执行过程中 nums[idx < p0] = 0.

• 初始化2的最左边界 ：p2 = n - 1。在整个算法执行过程中 nums[idx > p2] = 2.

• 初始化当前考虑的元素序号 ：curr = 0.
    

• While curr <= p2 :

  （1）若 nums[curr] = 0 ：交换第 curr个 和 第p0个 元素，并将指针都向右移。

  （2）若 nums[curr] = 2 ：交换第 curr个和第 p2个元素，并将 p2指针左移 。

  （3）若 nums[curr] = 1 ：将指针curr右移。

  =》官方题解入口

三、实现代码

3.1 自研实现

class Solution {
    public void sortColors(int[] nums) {
        
        int zero = -1, first = -1, second = -1;

        for(int i = 0; i < nums.length; i++){
            switch(nums[i]){
                case 0: nums[++zero] = 0;
                case 1: 
                    ++first;
                    if(zero != first) nums[first] = 1;
                case 2: 
                    ++second;
                    if(first != second) nums[second] = 2;
            }
        }

    }
}

3.2 示例代码

class Solution {
  /*
  荷兰三色旗问题解
  */
  public void sortColors(int[] nums) {
    // 对于所有 idx < i : nums[idx < i] = 0
    // j是当前考虑元素的下标
    int p0 = 0, curr = 0;
    // 对于所有 idx > k : nums[idx > k] = 2
    int p2 = nums.length - 1;

    int tmp;
    while (curr <= p2) {
      if (nums[curr] == 0) {
        // 交换第 p0个和第curr个元素
        // i++，j++
        tmp = nums[p0];
        nums[p0++] = nums[curr];
        nums[curr++] = tmp;
      }
      else if (nums[curr] == 2) {
        // 交换第k个和第curr个元素
        // p2--
        tmp = nums[curr];
        nums[curr] = nums[p2];
        nums[p2--] = tmp;
      }
      else curr++;
    }
  }
}