[LeetCode] 018. 4Sum (Medium) (C++/Java/Python)

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Github: https://github.com/illuz/leetcode

018.4Sum (Medium)

链接：

题目：https://oj.leetcode.com/problems/4sum/
代码(github)：https://github.com/illuz/leetcode

题意：

给一个数列 S ,找出四个数 a,b,c,d 使得a + b + c + d = target。

分析：

1. 跟之前的 2Sum, 3Sum 和 3Sum Closest 一样的做法，先排序，再左右夹逼，复杂度 O(n^3)。不过用 Python 可能会被卡超时。
2. 先求出每两个数的和，放到 HashSet 里，再利用之前的 2Sum 去求。这种算法比较快，复杂度 O(nnlog(n))，不过细节要处理的不少。

这里 C++ 用的是算法1， Java, Python 用的是 2。
这题 Java 可以好好地学学 HashMap 的使用， Python 可以学习 set, collection 和 itertools 的一些用法。

代码：

C++:

class Solution {
public:
    vector<vector<int> > fourSum(vector<int> &num, int target) {
		vector<vector<int> > ret;
		int len = num.size();

		if (len <= 3)
			return ret;

		sort(num.begin(), num.end());

		for (int i = 0; i <= len - 4; i++) {
			for (int m = i + 1; m <= len - 3; m++) {
				int j = m + 1;
				int k = len - 1;
				while (j < k) {
					if (num[i] + num[m] + num[j] + num[k] < target) {
						++j;
					} else if (num[i] + num[m] +  num[j] + num[k] > target) {
						--k;
					} else {
						ret.push_back({ num[i], num[m], num[j], num[k] });
						++j;
						--k;
						while (j < k && num[j] == num[j - 1])
							++j;
						while (j < k && num[k] == num[k + 1])
							--k;
					}
				}
				while (m < len && num[m] == num[m + 1])
					++m;
			}
			while (i < len && num[i] == num[i + 1])
				++i;
		}

		return ret;
	}
};

Java:

public class Solution {
    public List<List<Integer>> fourSum(int[] num, int target) {
        List<List<Integer>> ret = new ArrayList<List<Integer>>();
        HashMap<Integer, List<Integer[]>> hm = new HashMap<Integer, List<Integer[]>>();
        int len = num.length;

        Arrays.sort(num);
        // store pair
        for (int i = 0; i < len - 1; ++i) {
            for (int j = i + 1; j < len; ++j) {
                int sum = num[i] + num[j];
                Integer[] tuple = {num[i], i, num[j], j};
                if (!hm.containsKey(sum)) {
                    hm.put(sum, new ArrayList<Integer[]>());
                }
                hm.get(sum).add(tuple);
            }
        }

        Integer[] keys = hm.keySet().toArray(new Integer[hm.size()]);
        for (int key : keys) {
            if (hm.containsKey(key)) {
                if (hm.containsKey(target - key)) {
                    List<Integer[]> first_pairs = hm.get(key);
                    List<Integer[]> second_pairs = hm.get(target - key);

                    for (int i = 0; i < first_pairs.size(); ++i) {
                        Integer[] first = first_pairs.get(i);
                        for (int j = 0; j < second_pairs.size(); ++j) {
                            Integer[] second = second_pairs.get(j);
                            // check
                            if (first[1] != second[1] && first[1] != second[3] &&
                                    first[3] != second[1] && first[3] != second[3]) {
                                List<Integer> ans = Arrays.asList(first[0], first[2], second[0], second[2]);
                                Collections.sort(ans);
                                if (!ret.contains(ans)) {
                                    ret.add(ans);
                                }
                            }
                        }
                    }

                    hm.remove(key);
                    hm.remove(target - key);
                }
            }
        }

        return ret;
    }
}

Python:

import collections
import itertools
class Solution:
    # @return a list of lists of length 4, [[val1,val2,val3,val4]]
    def fourSum(self, num, target):
        two_sum = collections.defaultdict(list)
        ret = set()
        for (id1, val1), (id2, val2) in itertools.combinations(enumerate(num), 2):
            two_sum[val1 + val2].append({id1, id2})
        keys = two_sum.keys()
        for key in keys:
            if two_sum[key] and two_sum[target - key]:
                for pair1 in two_sum[key]:
                    for pair2 in two_sum[target - key]:
                        if pair1.isdisjoint(pair2):
                            ret.add(tuple(sorted([num[i] for i in pair1 | pair2])))
                del two_sum[key]
                if key != target - key:
                    del two_sum[target - key]
        return [list(i) for i in ret]