剑指 Offer 03. 数组中重复的数字 - Leetcode

方法一：哈希表 / Set

利用数据结构特点，容易想到使用哈希表（Set）记录数组的各个数字，当查找到重复数字则直接返回。

算法流程：

初始化：新建 HashSet ，记为 $dic$ ；
遍历数组 $nums$ 中的每个数字 $num$ ：
1. 当 $num$ 在 $dic$ 中，说明重复，直接返回 $num$ ；
2. 将 $num$ 添加至 $dic$ 中；
返回 $-1$ 。本题中一定有重复数字，因此这里返回多少都可以。

复杂度分析：

时间复杂度 $O(N)$ ： 遍历数组使用 $O(N)$ ，HashSet 添加与查找元素皆为 $O(1)$ 。
空间复杂度 $O(N)$ ： HashSet 占用 $O(N)$ 大小的额外空间。

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代码：

Python

class Solution:
    def findRepeatNumber(self, nums: [int]) -> int:
        dic = set()
        for num in nums:
            if num in dic: return num
            dic.add(num)
        return -1

Java

class Solution {
    public int findRepeatNumber(int[] nums) {
        Set<Integer> dic = new HashSet<>();
        for(int num : nums) {
            if(dic.contains(num)) return num;
            dic.add(num);
        }
        return -1;
    }
}

C++

class Solution {
public:
    int findRepeatNumber(vector<int>& nums) {
        unordered_map<int, bool> map;
        for(int num : nums) {
            if(map[num]) return num;
            map[num] = true;
        }
        return -1;
    }
};

方法二：原地交换

题目说明尚未被充分使用，即 在一个长度为 n 的数组 nums 里的所有数字都在 0 ~ n-1 的范围内 。此说明含义：数组元素的索引和值是 一对多 的关系。因此，可遍历数组并通过交换操作，使元素的索引与值一一对应（即 $nums[i] = i$ ）。因而，就能通过索引映射对应的值，起到与字典等价的作用。

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遍历中，第一次遇到数字 $x$ 时，将其交换至索引 $x$ 处；而当第二次遇到数字 $x$ 时，一定有 $nums[x] = x$ ，此时即可得到一组重复数字。

算法流程：

遍历数组 $nums$ ，设索引初始值为 $i = 0$ :
1. 若 $nums[i] = i$ ： 说明此数字已在对应索引位置，无需交换，因此跳过；
2. 若 $nums[nums[i]] = nums[i]$ ： 代表索引 $nums[i]$ 处和索引 $i$ 处的元素值都为 $nums[i]$ ，即找到一组重复值，返回此值 $nums[i]$ ；
3. 否则： 交换索引为 $i$ 和 $nums[i]$ 的元素值，将此数字交换至对应索引位置。
若遍历完毕尚未返回，则返回 $-1$ 。

复杂度分析：

时间复杂度 $O(N)$ ： 遍历数组使用 $O(N)$ ，每轮遍历的判断和交换操作使用 $O(1)$ 。
空间复杂度 $O(1)$ ： 使用常数复杂度的额外空间。

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代码：

Python 中， $a, b = c, d$ 操作的原理是先暂存元组 $(c, d)$ ，然后 “按左右顺序” 赋值给 a 和 b 。因此，若写为 $nums[i], nums[nums[i]] = nums[nums[i]], nums[i]$ ，则 $nums[i]$ 会先被赋值，之后 $nums[nums[i]]$ 指向的元素则会出错。

Python

class Solution:
    def findRepeatNumber(self, nums: List[int]) -> int:
        i = 0
        while i < len(nums):
            if nums[i] == i:
                i += 1
                continue
            if nums[nums[i]] == nums[i]: return nums[i]
            nums[nums[i]], nums[i] = nums[i], nums[nums[i]]
        return -1

Java

class Solution {
    public int findRepeatNumber(int[] nums) {
        int i = 0;
        while(i < nums.length) {
            if(nums[i] == i) {
                i++;
                continue;
            }
            if(nums[nums[i]] == nums[i]) return nums[i];
            int tmp = nums[i];
            nums[i] = nums[tmp];
            nums[tmp] = tmp;
        }
        return -1;
    }
}

C++

class Solution {
public:
    int findRepeatNumber(vector<int>& nums) {
        int i = 0;
        while(i < nums.size()) {
            if(nums[i] == i) {
                i++;
                continue;
            }
            if(nums[nums[i]] == nums[i])
                return nums[i];
            swap(nums[i],nums[nums[i]]);
        }
        return -1;
    }
};