图解两数之和:哈希表法

两数之和是一道非常经典,也非常高频的面试题,题目大意如下:
今天我们就一起探讨一下这道题的解法。
太长不看版
- 可以通过暴力运算,遍历
nums中的每一个元素,查找数组剩余部分是否有匹配的值; - 更高效的方式是利用哈希表key唯一且访问快的特性,建立
map存储未命中的值。遍历nums中的元素,查找map上是否有匹配的目标值,否则将当前元素存储到map上。
暴力运算法
暴力运算法很简单,通过首层for循环遍历数组中的每个元素curr,再通过另外一层for循环寻找target - curr值。
代码如下:

双层for循环导致暴力运算法时间复杂度为 O(n2),在2020年的今天着实不能令大部分人满意。
哈希表法
哈希表(也叫散列表)是一种数据结构,其定义如下:
我们可以把它理解为词典,词典里的每个词条都是唯一的,在这个词条后面记录着词条的含义。就像查词典时我们能够很快速的定位到词条,哈希表的访问速度也非常快,其时间复杂度为O(1)。
在JavaScript中常规的键值对对象就是哈希表的实现。
接下来我们就结合题目中的case通过图解的方式来说明哈希表法如何计算两数之和。
0.初始化
初始化时我们会拿到nums数组[2, 1, 7, 11, 15]和target值9,同时map初始化为空对象{}用于存放未匹配成功的键值对:

接下来将遍历nums数组。
1.开始遍历数组
遍历开始,此时:
- 当前
map为空{}; - 当前索引值
index为0; - 当前索引对应的数值
curr为2; - 我们希望找到
target - curr即need值为7。

因为此时map为{},所以map[need]值为undefined。

2.保存未匹配成功的值至map
因为所求为两数之和,所以哪怕nums[0]的值等于target,迭代第一步必然匹配失败。

此时将未能成功匹配的curr与index存放到map中。这一步非常重要,是整个解法的关键:
map[curr] = index;这里使用curr做为key,因为我们需要返回的结果是配对成功的数字其下标所构成的数组,匹配时是在map查找数字、返回下标。
3.继续遍历数组
匹配未成功,重复第一步,继续遍历数组:

同样未找到期望值need,继续将curr和index写入map:

继续重复此步骤直至匹配成功。
4.匹配成功!
继续遍历nums,此时need为2、curr为7,终于在map中查找到了need,隔空会师成功!

返回结果:[map[need], index]。map[need]在前的原因是map里存储的值,其下标一定在curr对应的下标之前。
5.完整示例代码

- 哈希解法每次查找的时间复杂度是O(1),n次查找的时间复杂度O(n);
- 空间复杂度也是O(n),
map上最多存n个元素。
小结
- 双层
for循环暴力运算简单直观,时间复杂度O(n2)、空间复杂度O(1); - 哈希表法时间复杂度和空间复杂度都是O(n);
- 考察点是对哈希表这种数据结构的熟悉程度;
- 多一种解法就多一分胜算;
- 整体难度不高。
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