LeetCode算法题-Degree of an Array（Java实现）

这是悦乐书的第294次更新，第312篇原创

01 看题和准备

今天介绍的是LeetCode算法题中Easy级别的第162题（顺位题号是697）。给定一个由正整数组成的非空数组，该数组的度数被定义为任意元素出现次数最多的次数。你的任务是找到一个（连续的）nums子数组的最小可能长度，它与nums具有相同的度数。例如：

输入：[1,2,2,3,1]

输出：2

说明：输入数组的度数为2，因为元素1和2都出现两次。在具有相同程度的子阵列中：[1,2,2,3,1]，[1,2,2,3]，[2,2,3,1]，[1,2,2]，[2,2,3]，[2，2]，最短的长度是2.所以返回2。


输入：[1,2,2,3,1,4,2]

输出：6


注意：

• 数组长度将介于1到50,000之间。

• 数组中的元素是0到49,999之间的整数。

本次解题使用的开发工具是eclipse，jdk使用的版本是1.8，环境是win7 64位系统，使用Java语言编写和测试。

02 第一种解法

按照题目的意思，我们需要先把出现次数最多的元素找出来，然后再找到该元素第一次出现和最后一次出现的索引位置之间的距离，如果存在多个相同最多次数的元素，还需要比较他们之间的最小值。

因此，第一步，将数组元素存入HashMap，得到最大次数；第二步，将出现最多次数的单个或多个元素添加进数组；第三步，找到新数组中每位元素出现的起始位置，计算距离长度，取其中的较小者。

public int findShortestSubArray(int[] nums) {
    if (nums == null || nums.length == 0) {
        return 0;
    }
    Map<Integer,Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();
    int degree = 0;
    for (int num : nums) {
        map.put(num, map.getOrDefault(num, 0)+1);
        // 比较出现次数，取其中较大者
        degree = Math.max(degree, map.get(num));
    }
    // 将最多出现次数相同的元素放入新的数组
    int[] occur = new int[nums.length];
    int index = 0;
    for (Integer key : map.keySet()) {
        if (map.get(key) == degree) {
            occur[index++] = key;
        }
    }
    int min = Integer.MAX_VALUE;
    // 遍历新数组，算出出现次数最多的元素在nums中的索引之差
    for (int i=0; i< index; i++) {
        // 使用双指针，一前一后遍历nums，找到该元素的索引之差
        int start = 0, end = nums.length-1;
        // 申明一个变量，存储索引之差
        int len = Integer.MAX_VALUE;;
        while (start <= end) {
            if (occur[i] == nums[start] && occur[i] == nums[end]) {
                len = end - start +1;
                break;
            } else if (occur[i] == nums[start] && occur[i] != nums[end]){
                end--;
            } else if(occur[i] != nums[start] && occur[i] == nums[end]) {
                start++;
            } else {
                end--;
                start++;
            }
        }
        // 取两者之间的最小值
        min = Math.min(min, len);
    }
    return min;
}

03 第二种解法

我们也可以不使用新数组来存那些出现最多的元素，将HashMap的value类型改为数组即可。依旧使用数组中的元素作为key，value变成了一个包含三个元素的数组，存储次数、首次出现索引、最后一次出现索引，依旧是在第一次循环中就得到degree的值，然后遍历HashMap的value，找到元素索引间隔最小的那个。

public int findShortestSubArray2(int[] nums) {
    if (nums == null || nums.length == 0) {
        return 0;
    }
    int degree = 0;
    // 以nums中的元素为key，以一个含有3个元素的数组为value
    // 该数组第一个元素为当前元素出现的次数，第二个元素为其第一次出现的位置，第三个元素为其最后一次出现的位置
    Map<Integer,int[]> map = new HashMap<Integer, int[]>();
    for (int i=0; i<nums.length; i++) {
        if (map.containsKey(nums[i])) {
            int[] temp = map.get(nums[i]);
            // 更新该元素出现次数
            temp[0]++;
            // 更新该元素最后一次出现的位置（索引）
            temp[2] = i;
        } else {
            map.put(nums[i], new int[]{1, i, i});
        }
        // 更新degree，取两者之间较大值
        degree = Math.max(degree, map.get(nums[i])[0]);
    }
    int min = Integer.MAX_VALUE;
    for (int[] values : map.values()) {
        if (values[0] == degree) {
            min = Math.min(min, values[2] - values[1] + 1);
        }
    }
    return min;
}

04 第三种解法

对于第二种解法，我们可以再简化下，只使用一个循环来处理。

public int findShortestSubArray3(int[] nums) {
    if (nums == null || nums.length == 0) {
        return 0;
    }
    int degree = 0;
    int min = Integer.MAX_VALUE;
    // 以nums中的元素为key，以一个含有2个元素的数组为value
    // 该数组第一个元素为当前元素出现的次数，第二个元素为其最后一次出现的位置
    Map<Integer,int[]> map = new HashMap<Integer, int[]>();
    for (int i=0; i<nums.length; i++) {
        if (!map.containsKey(nums[i])) {
            map.put(nums[i], new int[]{0, i});
        }
        // 出现次数累加
        map.get(nums[i])[0]++;
        // 对degree进行处理
        if (degree < map.get(nums[i])[0]) {
            degree = map.get(nums[i])[0];
            min = i - map.get(nums[i])[1] + 1;
        } else if (degree == map.get(nums[i])[0]) {
            min = Math.min(min, i - map.get(nums[i])[1] + 1);
        }
    }
    return min;
}

05 第四种解法

我们也可以使用两个HashMap，而不使用数组。第一个HashMap的value存每个元素出现的次数，第二个HashMap的value存每个元素出现的初始位置索引。

在循环中，每次去比较第一个HashMap的value，如果比degree大，就更新degree的值，同时算出该元素起始索引和结束索引之间的距离；如果和degree相等，就在两者之间取较小值。

public int findShortestSubArray4(int[] nums) {
    if (nums == null || nums.length == 0) {
        return 0;
    }
    int degree = 0;
    int min = Integer.MAX_VALUE;
    Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();
    Map<Integer, Integer> map2 = new HashMap<Integer, Integer>();
    for (int i=0; i<nums.length; i++) {
        map.put(nums[i], map.getOrDefault(nums[i], 0)+1);
        if (!map2.containsKey(nums[i])) {
            map2.put(nums[i], i);
        }
        if (degree < map.get(nums[i])) {
            degree = map.get(nums[i]);
            min = i - map2.get(nums[i]) + 1;
        } else if (degree == map.get(nums[i])) {
            min = Math.min(min, i - map2.get(nums[i]) + 1);
        }
    }
    return min;
}

06 小结

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