[LeetCode] 75. Sort Colors 颜色分类

Given an array nums with n objects colored red, white, or blue, sort them in-place so that objects of the same color are adjacent, with the colors in the order red, white, and blue.

We will use the integers 0, 1, and 2 to represent the color red, white, and blue, respectively.

You must solve this problem without using the library's sort function.

Example 1:

Input: nums = [2,0,2,1,1,0]
Output: [0,0,1,1,2,2]

Example 2:

Input: nums = [2,0,1]
Output: [0,1,2]

Constraints:

n == nums.length
1 <= n <= 300
nums[i] is either 0, 1, or 2.

Follow up: Could you come up with a one-pass algorithm using only constant extra space?

这道题说是给了三种颜色，red，white，和 blue，分别用数字0，1，2来表示，现在让给这些颜色排序，要使得相同的颜色挨在一起，并且是以 red，white，和 blue 的顺序进行排序。本质上还是一道排序的题，题目中给出提示说可以用计数排序，需要遍历数组两遍，那么先来看这种方法，因为数组中只有三个不同的元素，所以实现起来很容易。

- 首先遍历一遍原数组，分别记录 0，1，2 的个数。
- 然后更新原数组，按个数分别赋上 0，1，2。

解法一：

class Solution {
public:
    void sortColors(vector<int>& nums) {
        vector<int> colors(3);
        for (int num : nums) ++colors[num];
        for (int i = 0, cur = 0; i < 3; ++i) {
            for (int j = 0; j < colors[i]; ++j) {
                nums[cur++] = i;
            }
        }
    }
};

题目中还要让只遍历一次数组来求解，那么就需要用双指针来做，分别从原数组的首尾往中心移动。

- 定义 red 指针指向开头位置，blue 指针指向末尾位置。

- 从头开始遍历原数组，如果遇到0，则交换该值和 red 指针指向的值，并将 red 指针后移一位。若遇到2，则交换该值和 blue 指针指向的值，并将 blue 指针前移一位。若遇到1，则继续遍历。

解法二：

class Solution {
public:
    void sortColors(vector<int>& nums) {
        int red = 0, blue = (int)nums.size() - 1;
        for (int i = 0; i <= blue; ++i) {
            if (nums[i] == 0) {
                swap(nums[i], nums[red++]);
            } else if (nums[i] == 2) {
                swap(nums[i--], nums[blue--]);
            } 
        }
    }
};

当然我们也可以使用 while 循环的方式来写，那么就需要一个变量 cur 来记录当前遍历到的位置，参见代码如下：

解法三：

class Solution {
public:
    void sortColors(vector<int>& nums) {
        int left = 0, right = (int)nums.size() - 1, cur = 0;
        while (cur <= right) {
            if (nums[cur] == 0) {
                swap(nums[cur++], nums[left++]);
            } else if (nums[cur] == 2) {
                swap(nums[cur], nums[right--]);
            } else {
                ++cur;
            }
        }
    }
};