algorithm-base/animation-simulation/数组篇/leetcode75颜色分类.md

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75 颜色分类

题目描述：

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。

示例 1：

输入：nums = [2,0,2,1,1,0] 输出：[0,0,1,1,2,2]

示例 2：

输入：nums = [2,0,1] 输出：[0,1,2]

示例 3：

输入：nums = [0] 输出：[0]

示例 4：

输入：nums = [1] 输出：[1]

做题思路

这个题目我们使用 Arrays.sort() 解决，哈哈，但是那样太无聊啦，题目含义就是让我们将所有的 0 放在前面，2 放在后面，1 放在中间，是不是和我们上面说的荷兰国旗问题一样。我们仅仅将 1 做为 pivot 值。

下面我们直接看代码吧，和三向切分基本一致。

Java Code:

class Solution {
    public void sortColors(int[] nums) {
        int len = nums.length;
        int left = 0;
        //这里和三向切分不完全一致
        int i = left;
        int right = len-1;

        while (i <= right) {
             if (nums[i] == 2) {
                 swap(nums,i,right--);
             } else if (nums[i] == 0) {
                 swap(nums,i++,left++);
             } else {
                 i++;
             }
        }
    }
    public void swap (int[] nums, int i, int j) {
        int temp = nums[i];
        nums[i] = nums[j];
        nums[j] = temp;
    }
}

Python3 Code:

from typing import List
class Solution:
    def sortColors(self, nums: List[int]):
        leng = len(nums)
        left = 0
        # 这里和三向切分不完全一致
        i = left
        right = leng - 1
        while i <= right:
            if nums[i] == 2:
                self.swap(nums, i, right)
                right -= 1
            elif nums[i] == 0:
                self.swap(nums, i, left)
                i += 1
                left += 1
            else:
                i += 1
        return nums

    def swap(self, nums: List[int], i: int, j: int):
        temp = nums[i]
        nums[i] = nums[j]
        nums[j] = temp

C++ Code:

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

Swift Code:

class Solution {
    func sortColors(_ nums: inout [Int]) {

        let count = nums.count
        var left = 0, i = left, right = count - 1
        while i <= right {
            if nums[i] == 2 {
                //nums.swapAt(i, right) 直接调用系统方法
                self.swap(&nums, i, right) // 保持风格统一走自定义交换
                right -= 1
            } else if nums[i] == 0 {
                //nums.swapAt(i, left) 直接调用系统方法
                self.swap(&nums, i, left) // 保持风格统一走自定义交换
                i += 1
                left += 1
            } else {
                i += 1
            }
        }
    }

    func swap(_ nums: inout [Int], _ i: Int, _ j: Int) {
        let temp = nums[i]
        nums[i] = nums[j]
        nums[j] = temp
    }
}

Go Code:

func sortColors(nums []int)  {
    length := len(nums)
    left, right := 0, length - 1
    i := left
    for i <= right {
        if nums[i] == 2 {
            // 把2换到最后
            nums[i], nums[right] = nums[right], nums[i]
            right--
        } else if nums[i] == 0 {
            // 把0换到最前面
            nums[i], nums[left] = nums[left], nums[i]
            i++
            left++
        } else {
            i++
        }
    }
}

另外我们看这段代码，有什么问题呢？那就是我们即使完全符合时，仍会交换元素，这样会大大降低我们的效率。

例如：[0,0,0,1,1,1,2,2,2]

此时我们完全符合情况，不需要交换元素，但是按照我们上面的代码，0,2 的每个元素会和自己进行交换，所以这里我们可以根据 i 和 left 的值是否相等来决定是否需要交换，大家可以自己写一下。

下面我们看一下另外一种写法

这个题目的关键点就是，当我们 nums[i] 和 nums[right] 交换后，我们的 nums[right] 此时指向的元素是符合要求的，但是我们 nums[i] 指向的元素不一定符合要求，所以我们需要继续判断。

我们 2 和 0 交换后，此时 i 指向 0 ，0 应放在头部，所以不符合情况，所以 0 和 1 仍需要交换。下面我们来看一下动画来加深理解吧。

另一种代码表示

Java Code:

class Solution {
    public void sortColors(int[] nums) {

        int left = 0;
        int len = nums.length;
        int right = len - 1;
        for (int i = 0; i <= right; ++i) {
            if (nums[i] == 0) {
                swap(nums,i,left);
                left++;
            }
            if (nums[i] == 2) {
                swap(nums,i,right);
                right--;
                //如果不等于 1 则需要继续判断，所以不移动 i 指针，i--
                if (nums[i] != 1) {
                    i--;
                }
            }
        }

    }
    public void swap (int[] nums,int i, int j) {
        int temp = nums[i];
        nums[i] = nums[j];
        nums[j] = temp;
    }
}

Python3 Code:

from typing import List
class Solution:
    def sortColors(self, nums: List[int]):
        left = 0
        leng = len(nums)
        right = leng - 1
        i = 0
        while i <= right:
            if nums[i] == 0:
                self.swap(nums, i, left)
                left += 1
            if nums[i] == 2:
                self.swap(nums, i, right)
                right -= 1
                # 如果不等于 1 则需要继续判断，所以不移动 i 指针，i--
                if nums[i] != 1:
                    i -= 1
            i += 1
        return nums

    def swap(self, nums: List[int], i: int, j: int):
        temp = nums[i]
        nums[i] = nums[j]
        nums[j] = temp

C++ Code:

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

Swift Code:

class Solution {
    func sortColors(_ nums: inout [Int]) {

        let count = nums.count
        var left = 0, i = left, right = count - 1
        while i <= right {
            if nums[i] == 0 {
                //nums.swapAt(i, left) 直接调用系统方法
                self.swap(&nums, i, left) // 保持风格统一走自定义交换
                left += 1
            }
            if nums[i] == 2 {
                //nums.swapAt(i, right) 直接调用系统方法
                self.swap(&nums, i, right) // 保持风格统一走自定义交换
                right -= 1
                //如果不等于 1 则需要继续判断，所以不移动 i 指针，i--
                if nums[i] != 1 {
                    i -= 1
                }
            }
            i += 1
        }
    }

    func swap(_ nums: inout [Int], _ i: Int, _ j: Int) {
        let temp = nums[i]
        nums[i] = nums[j]
        nums[j] = temp
    }
}

Go Code:

func sortColors(nums []int)  {
    length := len(nums)
    left, right := 0, length - 1
    for i := 0; i <= right; i++ {
        if nums[i] == 0 {
            // 为0时，和头交换
            nums[i], nums[left] = nums[left], nums[i]
            left++
        } else if nums[i] == 2 {
            // 为2时，和尾交换
            nums[i], nums[right] = nums[right], nums[i]
            right--
            // 不为1时，需要把i减回去
            if nums[i] != 1 {
                i--
            }
        }
    }
}