LC 888. 公平的糖果棒交换

题目描述

这是 LeetCode 上的 888. 公平的糖果棒交换 ，难度为 简单。

爱丽丝和鲍勃有不同大小的糖果棒：A[i] 是爱丽丝拥有的第 i 根糖果棒的大小，B[j] 是鲍勃拥有的第 j 根糖果棒的大小。

因为他们是朋友，所以他们想交换一根糖果棒，这样交换后，他们都有相同的糖果总量（一个人拥有的糖果总量是他们拥有的糖果棒大小的总和）。

返回一个整数数组 ans，其中 ans[0] 是爱丽丝必须交换的糖果棒的大小，ans[1] 是鲍勃必须交换的糖果棒的大小。

如果有多个答案，你可以返回其中任何一个。

保证答案存在。

示例 1：

输入：A = [1,1], B = [2,2]

输出：[1,2]

示例 2：

输入：A = [1,2], B = [2,3]

输出：[1,2]

示例 3：

输入：A = [2], B = [1,3]

输出：[2,3]

示例 4：

输入：A = [1,2,5], B = [2,4]

输出：[5,4]

提示：

• $1 <= A.length <= 10000$
• $1 <= B.length <= 10000$
• $1 <= A[i] <= 100000$
• $1 <= B[i] <= 100000$
• 保证爱丽丝与鲍勃的糖果总量不同
• 答案肯定存在

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朴素解法

最终目的是让两个数组总和相等。

我们可以先分别求得两个数组总和为 aSum 和 bSum。

即有数组总和 total = aSum + bSum。

同时得数组目标总和 target = total / 2。

当前两个数组与目标总和的差值分别为 target - aSum 和 target - bSum。

我们记 diff = target - aSum。

对于某个 a[i] 而言，如果 a[i] 能构成答案，那么 b 数组中必然存在大小为 a[i] + diff 的值，使得两者交换后，数组总和均为 target。

因此我们只需要遍历数组 a，查找哪一个 a[i] 使得 a[i] + diff 存在于数组 b 即可。

Java 代码：

class Solution {
    public int[] fairCandySwap(int[] a, int[] b) {
        int aSum = 0, bSum = 0;
        for (int i : a) aSum += i;  
        for (int i : b) bSum += i;  
        int total = aSum + bSum, target = total / 2;
        int diff = target - aSum;
        for (int i : a) {
            if (find(b, i + diff)) return new int[]{i, i + diff};
        }
        return null; // never
    }
    boolean find(int[] nums, int target) {
        for (int i : nums) {
            if (i == target) return true;
        }
        return false;
    }
}

C++ 代码：

class Solution {
public:
    vector<int> fairCandySwap(vector<int>& a, vector<int>& b) {
        int aSum = 0, bSum = 0;
        for (int i : a) aSum += i;
        for (int i : b) bSum += i;
        int total = aSum + bSum, target = total / 2;
        int diff = target - aSum;
        vector<int> ans(2);
        for (int i : a) {
            if (find(b, i + diff)) {
                ans[0] = i; 
                ans[1] = i + diff;
                break;
            }
        }
        return ans;
    }
    bool find(vector<int>& nums, int target) {
        for (int i : nums) {
            if (i == target) return true;
        }
        return false;
    }
};

Python 代码：

class Solution:
    def fairCandySwap(self, a: List[int], b: List[int]) -> List[int]:
        aSum, bSum = sum(a), sum(b)
        total = aSum + bSum
        target = total // 2
        diff = target - aSum
        for i in a:
            if i + diff in b:
                return [i, i + diff]
        return None

TypeScript 代码：

function fairCandySwap(a: number[], b: number[]): number[] {
    let aSum = a.reduce((acc, val) => acc + val, 0);
    let bSum = b.reduce((acc, val) => acc + val, 0);
    let total = aSum + bSum;
    let target = Math.floor(total / 2);
    let diff = target - aSum;
    let ans: number[] = [];
    for (let i of a) {
        if (b.includes(i + diff)) {
            ans = [i, i + diff];
            break;
        }
    }
    return ans;
};

• 时间复杂度： 计算总和复杂度为 $O(n)$，找到最终解复杂度为 $O(n^2)$。整体复杂度为 $O(n^2)$
• 空间复杂度：$O(1)$

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查找优化

上述解法之所以无法做到线性，是因为我们每次都要对数组 b 进行扫描，确定 a[i] + diff 是否存在。

我们知道 map/set/数组 都可以实现 $O(1)$ 查找，由于这里明确给出了两个数组中出现的数的范围，因此可以使用数组进行计数。

同时可以优化一下变量的使用，使用一个变量 diff 来计算最终的差异值。

这种优化，是典型的空间换时间做法。

Java 代码：

class Solution {
    public int[] fairCandySwap(int[] a, int[] b) {
        // 先求得 a 的总和
        int diff = 0;
        for (int i : a) diff += i;  
        // 使用 cnt 统计 b 中的数的出现次数，同时计算 a 总和与 b 总和的差值
        int[] cnt = new int[100009];
        for (int i : b) {
            diff -= i;
            cnt[i]++;
        }
        // 计算出 a 中具体的替换差值是多少
        diff /= -2;
        int[] ans = new int[2];
        for (int i : a) {
            int target = i + diff;
            // 如果目标替换量在合法范围，并且存在于 b 数组中。说明找到解了
            if (target >= 1 && target <= 100000 && cnt[target] > 0) {
                ans[0] = i;
                ans[1] = target;
                break;
            }
        }
        return ans;
    }
}

C++ 代码：

class Solution {
public:
    vector<int> fairCandySwap(vector<int>& a, vector<int>& b) {
        // 先求得 a 的总和
        int diff = 0;
        for (int i : a) diff += i;
        // 使用 cnt 统计 b 中的数的出现次数，同时计算 a 总和与 b 总和的差值
        vector<int> cnt(100009, 0);
        for (int i : b) {
            diff -= i;
            cnt[i]++;
        }
        // 计算出 a 中具体的替换差值是多少
        diff /= -2;
        vector<int> ans(2);
        for (int i : a) {
            int target = i + diff;
            // 如果目标替换量在合法范围，并且存在于 b 数组中。说明找到解了
            if (target >= 1 && target <= 100000 && cnt[target] > 0) {
                ans[0] = i;
                ans[1] = target;
                break;
            }
        }
        return ans;
    }
};

Python 代码：

class Solution:
    def fairCandySwap(self, a: List[int], b: List[int]) -> List[int]:
        # 先求得 a 的总和
        diff = sum(a)
        # 使用 cnt 统计 b 中的数的出现次数，同时计算 a 总和与 b 总和的差值
        cnt = [0] * 100009
        for i in b:
            diff -= i
            cnt[i] += 1
        # 计算出 a 中具体的替换差值是多少
        diff //= -2
        for i in a:
            target = i + diff
            # 如果目标替换量在合法范围，并且存在于 b 数组中。说明找到解了
            if 1 <= target <= 100000 and cnt[target] > 0:
                return [i, target]

TypeScript 代码：

function fairCandySwap(a: number[], b: number[]): number[] {
    // 先求得 a 的总和
    let diff = a.reduce((acc, curr) => acc + curr, 0);
    // 使用 cnt 统计 b 中的数的出现次数，同时计算 a 总和与 b 总和的差值
    let cnt: number[] = new Array(100009).fill(0);
    for (let i of b) {
        diff -= i;
        cnt[i]++;
    }
    // 计算出 a 中具体的替换差值是多少
    diff = Math.floor(diff / -2);
    for (let i of a) {
        let target = i + diff;
        // 如果目标替换量在合法范围，并且存在于 b 数组中。说明找到解了
        if (target >= 1 && target <= 100000 && cnt[target] > 0) {
            return [i, target];
        }
    }
    return [];
}

• 时间复杂度：计算总和复杂度为 $O(n)$，找到最终解复杂度为 $O(n)$。整体复杂度为 $O(n)$
• 空间复杂度：使用 cnt 数组进行计数。复杂度为 $O(n)$

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最后

这是我们「刷穿 LeetCode」系列文章的第 No.888 篇，系列开始于 2021/01/01，截止于起始日 LeetCode 上共有 1916 道题目，部分是有锁题，我们将先把所有不带锁的题目刷完。

在这个系列文章里面，除了讲解解题思路以外，还会尽可能给出最为简洁的代码。如果涉及通解还会相应的代码模板。

为了方便各位同学能够电脑上进行调试和提交代码，我建立了相关的仓库：https://github.com/SharingSource/LogicStack-LeetCode 。

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