哈希表在算法题目中的实际应用详解(Java)
作者：楠枬
前言
在本篇文章中，我们重点讲解哈希表在算法题目中的应用，不会涉及到太多哈希表的概念、原理等知识
首先，我们先来简单回顾哈希表
哈希表知识回顾
哈希表是什么？
哈希表 是一种数据结构，用于存储键值对。通过将键转换为索引来实现快速的数据访问。具体而言，哈希表使用一个哈希函数将键映射到一个特定的索引，然后将值存储在该索引位置上。这样，在查找、插入或删除元素时，可以通过哈希函数直接计算出元素应该存储或者所在的位置，从而实现高效的数据操作。哈希表的查询、插入和删除操作的时间复杂度通常为O(1)。简而言之，哈希表是存储数据的容器，是一种非常高效的数据结构
哈希表有什么作用？
哈希表主要用于快速存储、查找和删除数据，在解决问题时，通常用于快速查找某个元素
什么时候使用哈希表？
（1）当我们需要 快速查找特定元素、 频繁查找某一个元素 及 确定一个集合中是否存在重复元素 时，可以使用哈希表来存储已经访问过的元素，从而实现快速查找和查重
（2）当需要统计数据中各个元素出现的次数，可以使用哈希表来存储元素及其对应的计数值，快速实现统计和计数
（3）当需要建立两个数据集之间的映射关系时，可以使用哈希表来实现映射
怎么使用哈希表？
（1）使用容器，在解决算法问题时，我们常使用的哈希表容器有两种：HashMap 和 HashSet
（2）使用数组模拟简易哈希表，例如，在数据范围很小的时候，我们可以考虑使用int类型的数组来模拟哈希表
接下来，我们以一些练习来进一步掌握哈希表在算法题目中的应用
练习1：存在重复元素
题目链接：
题目描述：
给你一个整数数组 nums 。如果任一值在数组中出现 至少两次 ，返回 true ；如果数组中每个元素互不相同，返回 false 。
示例 1：
<strong>输入：</strong>nums = [1,2,3,1] <strong>输出：</strong>true
示例 2：
<strong>输入：</strong>nums = [1,2,3,4] <strong>输出：</strong>false
示例 3：
<strong>输入：</strong>nums = [1,1,1,3,3,4,3,2,4,2] <strong>输出：</strong>true
提示：
1 <= nums.length <= 105-109 <= nums[i] <= 109
思路分析：
首先我们来分析题目，在整数数组中，若有一个数在数组中出现了两次以上，则返回true，否之，返回false。我们很容易想到暴力解法，即 固定一个元素，然后向后遍历，观察是否有与其相同的元素，其时间复杂度为 O(N ^ 2)，因此，当测试数据量较大时，会超出时间限制
在暴力枚举时，由于我们每次固定一个元素再向后遍历，因此，很多不符合的元素被重复遍历，为了不遍历这些不符合的元素，我们可以考虑使用哈希表来存放这些元素。对于数组中的每个元素，我们将其插入到哈希表中，若在插入前该元素已经存在于哈希表中，则说明存在重复元素
代码实现：
class Solution {
public boolean containsDuplicate(int[] nums) {
Set<Integer> hash = new HashSet<>();
for(int i = 0; i < nums.length; i++{
if(hash.contains(nums[i])){
return true;
}else{
hash.add(nums[i]);
}
}
return false;
}
}练习2：存在重复元素II
题目链接：
题目描述：
给你一个整数数组 nums 和一个整数 k ，判断数组中是否存在两个 不同的索引 i 和 j ，满足 nums[i] == nums[j] 且 abs(i - j) <= k 。如果存在，返回 true ；否则，返回 false 。
示例 1：
<strong>输入：</strong>nums = [1,2,3,1], k = 3 <strong>输出：</strong>true
示例 2：
<strong>输入：</strong>nums = [1,0,1,1], k = 1 <strong>输出：</strong>true
示例 3：
<strong>输入：</strong>nums = [1,2,3,1,2,3], k = 2 <strong>输出：</strong>false
提示：
1 <= nums.length <= 105-109 <= nums[i] <= 1090 <= k <= 105
思路分析：
本题的解题思路与练习1类似，但不同的是：在找到两个相同元素时，要判定这两个元素的下标绝对值是否小于等于k。因此，我们既要保存数组元素，还要保存元素下标。
由于数组中同一个元素可能出现两次以上，当判断两个相同元素的数组下标的差（abs(i - j)）大于k时，要将哈希表中的下标更新为当前下标。例如：
代码实现：
class Solution {
public boolean containsNearbyDuplicate(int[] nums, int k) {
Map<Integer, Integer> hash = new HashMap<>();
for(int i = 0; i < nums.length; i++){
if(hash.containsKey(nums[i]) && (i - hash.get(nums[i]) <= k)){
return true;
}else{
hash.put(nums[i], i);
}
}
return false;
}
}练习3：两数之和
题目链接：
题目描述：
给定一个整数数组 nums 和一个整数目标值 target，请你在该数组中找出 和为目标值 target 的那 两个 整数，并返回它们的数组下标。
你可以假设每种输入只会对应一个答案。但是，数组中同一个元素在答案里不能重复出现。
你可以按任意顺序返回答案。
示例 1：
<strong>输入：</strong>nums = [2,7,11,15], target = 9 <strong>输出：</strong>[0,1] <strong>解释：</strong>因为 nums[0] + nums[1] == 9 ，返回 [0, 1] 。
示例 2：
<strong>输入：</strong>nums = [3,2,4], target = 6 <strong>输出：</strong>[1,2]
示例 3：
<strong>输入：</strong>nums = [3,3], target = 6 <strong>输出：</strong>[0,1]
提示：
2 <= nums.length <= 104-109 <= nums[i] <= 109-109 <= target <= 109- 只会存在一个有效答案
思路分析：
本题要求我们在整数数组中找到两个元素，这两个元素的和为target，本题与练习1的解题思路类似，我们可以使用哈希表来存放整数数组中的元素及其下标，在哈希表中寻找是否存在元素 target - nums[i]，需要注意的是，若我们先将数组中所有元素和下标都存放在哈希表中，然后再遍历数组，查找哈希表中是否存在元素 target - nums[i]，此时可能会出现同一个元素在答案中重复出现的情况（例如：target = 8，nums = [1, 2, 4, 3]，当前元素nums[2] = 4，由于数组中所有元素及下标已经放在哈希表中，因此此时元素4存在于哈希表中，但其下标与当前下标相同，即一个元素在答案中重复出现）
因此，若我们先将数组中所有元素和下标放入哈希表时，在查找哈希表中是否存在元素 target - nums[i]时，还需要判断其下标是否与当前下标相同
我们还可以边遍历数组，边向数组中存放元素，此时，哈希表中存放的元素为 nums[i]之前的元素，查找当前元素之前是否存在元素 = target - nums[i]，这样，就不需要对下标进行判断了
代码实现：
class Solution {
public int[] twoSum(int[] nums, int target) {
for(int i = 1; i < nums.length; i++){
for(int j = i - 1; j >= 0; j--){
if(nums[i] + nums[j] == target){
return new int[] {i, j};
}
}
}
return null;
}
}练习4：判定是否互为字符重排
题目链接：
面试题 01.02. 判定是否互为字符重排 - 力扣（LeetCode）
题目描述：
给定两个由小写字母组成的字符串 s1 和 s2，请编写一个程序，确定其中一个字符串的字符重新排列后，能否变成另一个字符串。
示例 1：
<strong>输入:</strong> <code>s1</code> = "abc", <code>s2</code> = "bca" <strong>输出:</strong> true
示例 2：
<strong>输入:</strong> <code>s1</code> = "abc", <code>s2</code> = "bad" <strong>输出:</strong> false
说明：
0 <= len(s1) <= 1000 <= len(s2) <= 100
思路分析：
题目要求我们判断字符串s1和s2是否 是s1中的字符重新排列后，变为s2。若s1中的字符能够重新排列成s2，则s1中的字符与s2中的字符相同。要想保证两字符串字符相同，首先两字符串的长度必须相同，因此，我们先判断两字符串长度是否相同，若相同，我们再来判断其中字符是否都相同。
我们可以使用哈希表来保存字符及其出现的次数，先遍历s1，保存其所有的字符及其出现的次数，再遍历s2，若当前字符不在哈希表中，则两字符串中存在不相同的字符，直接返回false；若当前字符在哈希表中，则次数 - 1，若次数 - 1 之后为 -1，则说明当前字符出现次数大于 s1中出现次数，两字符串字符不完全相同，返回false。若完成遍历，则说明两字符串中的字符完全相同，返回true
由于两个字符串中的字符都是由小写字母构成的，因此，我们可以使用数组来模拟哈希表，创建一个大小为26的int类型数组，下标表示字符（例如 a 对应下标 0，b对应下标 1...）而元素表示字符的出现次数
代码实现：
class Solution {
public boolean CheckPermutation(String s1, String s2) {
if(s1.length() != s2.length()) return false;//先判断长度是否相同
if(s1 == null) return true;//若两字符串都为空，则直接返回true
int[] hash = new int[26];//使用int数组模拟哈希表
for(int i = 0; i < s1.length(); i++){//先遍历s1，将字符及其出现次数存放在哈希表中
hash[s1.charAt(i) - 'a']++;
}
for(int i = 0; i < s2.length(); i++){//再遍历s2，判断两字符是否相同
if(--hash[s2.charAt(i) - 'a'] < 0) return false;
}
return true;
}
}练习5：字母异位词分组
题目链接：
题目描述：
给你一个字符串数组，请你将 字母异位词 组合在一起。可以按任意顺序返回结果列表。
字母异位词 是由重新排列源单词的所有字母得到的一个新单词。
示例 1:
<strong>输入:</strong> strs = <code>["eat", "tea", "tan", "ate", "nat", "bat"]</code> <strong>输出: </strong>[["bat"],["nat","tan"],["ate","eat","tea"]]
示例 2:
<strong>输入:</strong> strs = <code>[""]</code> <strong>输出: </strong>[[""]]
示例 3:
<strong>输入:</strong> strs = <code>["a"]</code> <strong>输出: </strong>[["a"]]
提示：
1 <= strs.length <= 1040 <= strs[i].length <= 100strs[i]仅包含小写字母
思路分析：
字母异位词与 练习4 中的 字符重排 相同，即 两个字符串中的所有字符相同。题目要求我们将所有 字母异位词组合在一起，即将 所有字符相同的字符串放在一个集合中
首先，我们解决第一个问题：如何判断字母异位词？
在 练习4 中，我们使用数组模拟的哈希表来判断两个字符串是否互为字符重排，但在本题中，我们不能继续使用这种方式来判断字母异位词，因为本题中存在许多组字母异位词，若通过这种方式来判断字母异位词，则每次都需要遍历不同组字母异位词和当前字符串。在这里，我们可以考虑将字符串按照 ASCII码值进行升序排列，（例如：eat 排列后 为 aet，tea排列后 为 aet）此时，只需要判断排列后的字符串是否相同，即可判断出两个字符串是否为同一组字母异位词
接下来，我们解决第二个问题：如何将字母异位词组合在一起？
哈希表可以统计数据中各个元素出现的次数，使用哈希表可以存储元素及其对应的计数值，在这里，我们可以使用哈希表 存储 排列后的字符串 及其 字母异位词，即 key：存储排列后的字符串，value：存储 List，其中存放的元素类型为 String，这样，就可以将字母异位词存放在List中
因此，我们只需要遍历字符串数组，将其按照ASCII码值进行升序排列，然后判断排列后的字符串是否已经存在于哈希表中，若存在，则将 字母异位词 放入List中；若不存在，则创建新的ArrayList
代码实现：
class Solution {
public List<List<String>> groupAnagrams(String[] strs) {
Map<String, List<String>> hash = new HashMap<>();
for(String str: strs){
char[] chs = str.toCharArray();
Arrays.sort(chs);
String key = new String(chs);
List list = hash.getOrDefault(key, new ArrayList<String>());
list.add(str);
hash.put(key, list);
}
return new ArrayList<List<String>>(hash.values());
}
}总结
到此这篇关于哈希表在算法题目中的实际应用的文章就介绍到这了,更多相关Java算法题中哈希表内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！