算法刷题记录——LeetCode篇(1.2) [第11~20题](持续更新)

更新时间：2025-03-29

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17. 电话号码的字母组合

给定一个仅包含数字 2-9 的字符串，返回所有它能表示的字母组合。答案可以按 任意顺序 返回。
给出数字到字母的映射如下，与电话按键相同。注意 1 不对应任何字母。

示例 1：

输入：digits = "23"
输出：["ad","ae","af","bd","be","bf","cd","ce","cf"]

示例 2：

输入：digits = ""
输出：[]

示例 3：

输入：digits = "2"
输出：["a","b","c"]

提示：

• 0 <= digits.length <= 4
• digits[i] 是范围 ['2', '9'] 的一个数字

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方法一：回溯法

通过递归生成所有可能的字母组合，每次递归选择一个字母加入当前路径，处理下一个数字。

代码实现(Java)：

public class Solution {
    public List<String> letterCombinations(String digits) {
        List<String> result = new ArrayList<>();
        if (digits == null || digits.isEmpty()) return result;
        String[] mapping = {"abc", "def", "ghi", "jkl", "mno", "pqrs", "tuv", "wxyz"};
        backtrack(result, new StringBuilder(), digits, 0, mapping);
        return result;
    }

    private void backtrack(List<String> result, StringBuilder current, String digits, int index, String[] mapping) {
        if (index == digits.length()) {
            result.add(current.toString());
            return;
        }
        char digit = digits.charAt(index);
        String letters = mapping[digit - '2']; // 根据数字获取对应字母集合
        for (char c : letters.toCharArray()) {
            current.append(c);                // 添加当前字母
            backtrack(result, current, digits, index + 1, mapping); // 递归处理下一个数字
            current.deleteCharAt(current.length() - 1); // 回溯，删除最后添加的字母
        }
    }
}

复杂度分析:

• 时间复杂度： O(3^m*4^n)，其中 m 是输入中对应 3 个字母的数字个数，n 是 4 个字母的数字个数。
• 空间复杂度： O(k)，k 为结果数量，递归栈深度最大为输入长度。

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方法二：迭代法（队列）

通过逐步扩展现有组合生成所有可能结果，利用队列管理中间过程。

代码实现(Java)：

public class Solution {
    public List<String> letterCombinations(String digits) {
        List<String> result = new ArrayList<>();
        if (digits == null || digits.isEmpty()) return result;
        String[] mapping = {"abc", "def", "ghi", "jkl", "mno", "pqrs", "tuv", "wxyz"};
        Queue<String> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer(""); // 初始空字符串
        for (int i = 0; i < digits.length(); i++) {
            char digit = digits.charAt(i);
            String letters = mapping[digit - '2'];
            int size = queue.size();
            for (int j = 0; j < size; j++) {
                String s = queue.poll();
                for (char c : letters.toCharArray()) {
                    queue.offer(s + c); // 生成新组合并入队
                }
            }
        }
        result.addAll(queue);
        return result;
    }
}

复杂度分析:

• 时间复杂度： O(3^m*4^n)，每个数字的处理需要遍历当前队列中所有元素。
• 空间复杂度： O(3^m*4^n)，队列存储所有中间组合。

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方法三：迭代法（逐步构造）

直接通过遍历每个数字并扩展现有结果，生成所有组合。

代码实现(Java)：

public class Solution {
    public List<String> letterCombinations(String digits) {
        List<String> result = new ArrayList<>();
        if (digits == null || digits.isEmpty()) return result;
        String[] mapping = {"abc", "def", "ghi", "jkl", "mno", "pqrs", "tuv", "wxyz"};
        result.add(""); // 初始空字符串
        for (char digit : digits.toCharArray()) {
            List<String> temp = new ArrayList<>();
            String letters = mapping[digit - '2'];
            for (String s : result) {
                for (char c : letters.toCharArray()) {
                    temp.add(s + c); // 将当前字母与现有字符串拼接
                }
            }
            result = temp; // 更新结果
        }
        return result;
    }
}

复杂度分析:

• 时间复杂度： O(3^m*4^n)，每次迭代生成新的组合。
• 空间复杂度： O(3^m*4^n)，存储所有中间结果。

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19. 删除链表的倒数第 N 个结点

给你一个链表，删除链表的倒数第 n 个结点，并且返回链表的头结点。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4,5], n = 2
输出：[1,2,3,5]

示例 2：

输入：head = [1], n = 1
输出：[]

示例 3：

输入：head = [1,2], n = 1
输出：[1]

提示：

• 链表中结点的数目为 sz
• 1 <= sz <= 30
• 0 <= Node.val <= 100
• 1 <= n <= sz

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方法一：双指针法（一次遍历）

使用快慢指针技巧，让快指针先移动n步，然后同时移动快慢指针。当快指针到达链表末尾时，慢指针正好指向要删除节点的前驱节点。通过哑节点简化边界条件处理。

1. 初始化哑节点：避免处理头节点删除的特殊情况。
2. 快指针先移动n步：拉开快慢指针的间距。
3. 同步移动快慢指针：直到快指针到达链表末尾。
4. 删除目标节点：修改慢指针的next指针跳过目标节点。

代码实现(Java)：

class Solution {
    public ListNode removeNthFromEnd(ListNode head, int n) {
        ListNode dummy = new ListNode(0);
        dummy.next = head;
        ListNode fast = dummy, slow = dummy;
      
        // 快指针先移动n步
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            fast = fast.next;
        }
      
        // 同步移动，直到快指针到达末尾
        while (fast.next != null) {
            fast = fast.next;
            slow = slow.next;
        }
      
        // 删除目标节点
        slow.next = slow.next.next;
        return dummy.next;
    }
}

复杂度分析:

• 时间复杂度：O(L)，其中 L 为链表长度，只需一次遍历。
• 空间复杂度：O(1)，仅使用固定额外空间。

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方法二：计算链表长度（两次遍历）

先遍历链表获取长度 L，再定位到倒数第n个节点的前驱位置（正数第 L-n 个节点），直接删除目标节点。

1. 获取链表长度：遍历链表统计节点总数。
2. 定位前驱节点：通过长度计算前驱位置，移动到该位置。
3. 删除目标节点：修改前驱节点的next指针。

代码实现(Java)：

class Solution {
    public ListNode removeNthFromEnd(ListNode head, int n) {
        ListNode dummy = new ListNode(0);
        dummy.next = head;
        int length = getLength(head);
        ListNode curr = dummy;
      
        // 移动到前驱节点位置
        for (int i = 0; i < length - n; i++) {
            curr = curr.next;
        }
      
        // 删除目标节点
        curr.next = curr.next.next;
        return dummy.next;
    }
  
    // 辅助函数：计算链表长度
    private int getLength(ListNode head) {
        int len = 0;
        while (head != null) {
            len++;
            head = head.next;
        }
        return len;
    }
}

复杂度分析:

• 时间复杂度：O(L)，两次遍历，总体仍为线性时间。
• 空间复杂度：O(1)，仅使用固定额外空间。

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20. 有效的括号

给定一个只包括 '('，')'，'{'，'}'，'['，']' 的字符串 s ，判断字符串是否有效。

有效字符串需满足：

• 左括号必须用相同类型的右括号闭合。
• 左括号必须以正确的顺序闭合。
• 每个右括号都有一个对应的相同类型的左括号。

示例 1：

输入：s = "()"
输出：true

示例 2：

输入：s = "()[]{}"
输出：true

示例 3：

输入：s = "(]"
输出：false

示例 4：

输入：s = "([])"
输出：true

提示：

• 1 <= s.length <= 10^4
• s 仅由括号 '()[]{}' 组成

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方法：栈辅助法

利用栈结构匹配括号，通过遍历字符串处理括号闭合关系。

1. 提前剪枝：字符串长度为奇数时直接返回false，因为有效括号必须成对出现
2. 栈结构操作：
   • 遇到左括号时压入栈顶。
   • 遇到右括号时弹出栈顶元素，检查是否匹配。
3. 三种失效情况处理：
   • 右括号出现时栈为空（无对应左括号）。
   • 右括号与栈顶左括号类型不匹配。
   • 遍历结束后栈中仍有未匹配左括号。

代码实现(Java)：

class Solution {
    public boolean isValid(String s) {
        if (s.length() % 2 != 0) return false; // 奇数长度直接无效
      
        Deque<Character> stack = new ArrayDeque<>();
        for (char c : s.toCharArray()) {
            if (c == '(' || c == '[' || c == '{') { // 左括号入栈
                stack.push(c);
            } else { // 右括号匹配
                if (stack.isEmpty()) return false; // 栈空说明无对应左括号
                char top = stack.pop();
                if ((c == ')' && top != '(') || 
                    (c == ']' && top != '[') || 
                    (c == '}' && top != '{')) {
                    return false;
                }
            }
        }
        return stack.isEmpty(); // 最后检查栈是否为空
    }
}

复杂度分析：

• 时间复杂度: 单次遍历字符串O(n)，栈操作O(1)，总时间复杂度O(n)。

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