算法入门必备——Set 和 Map 数据结构讲解（附 LeetCode 题目解析）

2024-01-30 15:14:15

前言

在计算机科学中，数据结构是组织和存储数据的方式。选择合适的数据结构可以大大提高算法的效率。Set 和 Map 都是常用的数据结构，在许多编程语言中都有实现。本文将详细介绍 Set 和 Map 的基本概念、常见操作、时间复杂度分析以及 LeetCode 题目的详细解析，帮助读者深入理解这些数据结构的应用和实现。

Set

Set 是一种无序集合，它允许存储任何类型的唯一值，无论是原始值或者是对象引用。Set 中的元素是无序的，这意味着它们没有特定的顺序。Set 最常用的操作包括：

添加元素：向 Set 中添加一个新的元素。
删除元素：从 Set 中删除一个元素。
检查元素是否存在：检查一个元素是否在 Set 中。
获取 Set 的大小：返回 Set 中元素的数量。

Set 的时间复杂度分析如下：

添加元素：O(1)
删除元素：O(1)
检查元素是否存在：O(1)
获取 Set 的大小：O(1)

Map

Map 是一种键值对集合，它允许存储任何类型的键和值。Map 中的键是唯一的，而值可以是任何类型。Map 最常用的操作包括：

设置值：将一个值与一个键相关联。
获取值：根据键获取与之相关联的值。
删除值：根据键删除与之相关联的值。
检查键是否存在：检查一个键是否在 Map 中。
获取 Map 的大小：返回 Map 中键值对的数量。

Map 的时间复杂度分析如下：

设置值：O(1)
获取值：O(1)
删除值：O(1)
检查键是否存在：O(1)
获取 Map 的大小：O(1)

LeetCode 题目解析

接下来，我们将通过 LeetCode 题目的解析，来进一步理解 Set 和 Map 的应用和实现。

1. 两个数组的交集

给定两个数组，找出它们的交集。

def intersection(nums1, nums2):
  """
  :type nums1: List[int]
  :type nums2: List[int]
  :rtype: List[int]
  """
  # 将 nums1 转换为集合
  set1 = set(nums1)
  # 将 nums2 转换为集合
  set2 = set(nums2)
  # 求两个集合的交集
  intersection = set1 & set2
  # 将交集转换为列表并返回
  return list(intersection)

2. 无重复字符的最长子串

给定一个字符串，找出其中不包含重复字符的最长子串的长度。

def length_of_longest_substring(s):
  """
  :type s: str
  :rtype: int
  """
  # 创建一个集合来存储子串中的字符
  char_set = set()
  # 创建两个指针，分别指向子串的开头和结尾
  left, right = 0, 0
  # 创建一个变量来存储最长子串的长度
  max_length = 0
  # 循环遍历字符串
  while right < len(s):
    # 如果当前字符不在集合中，则将其添加到集合中并更新子串的长度
    if s[right] not in char_set:
      char_set.add(s[right])
      max_length = max(max_length, right - left + 1)
      right += 1
    # 如果当前字符在集合中，则将左指针向右移动一位，并从集合中删除左指针指向的字符
    else:
      char_set.remove(s[left])
      left += 1
  # 返回最长子串的长度
  return max_length