找到所有数组中消失的数字

标签: 数组 哈希表

难度: Easy

给你一个含 n 个整数的数组 nums ,其中 nums[i] 在区间 [1, n] 内。请你找出所有在 [1, n] 范围内但没有出现在 nums 中的数字,并以数组的形式返回结果。

 

示例 1:

输入:nums = [4,3,2,7,8,2,3,1]
输出:[5,6]

示例 2:

输入:nums = [1,1]
输出:[2]

 

提示:

  • n == nums.length
  • 1 <= n <= 105
  • 1 <= nums[i] <= n

进阶:你能在不使用额外空间且时间复杂度为 O(n) 的情况下解决这个问题吗? 你可以假定返回的数组不算在额外空间内。

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内存: 25.2 MB

class Solution:
    def findDisappearedNumbers(self, nums: List[int]) -> List[int]:
        res = []

        setNums = set(nums)
        for i in range(1, len(nums) + 1):
            if i not in setNums:
                res.append(i)

        return res

Explain

该题解的思路是先将原数组转换为集合,然后遍历从1到n的所有数字,检查每个数字是否在集合中。如果不在集合中,则说明该数字在原数组中消失,将其添加到结果数组中。最后返回结果数组。

时间复杂度: O(n)

空间复杂度: O(n)

class Solution:
    def findDisappearedNumbers(self, nums: List[int]) -> List[int]:
        res = []

        # 将原数组转换为集合
        setNums = set(nums)
        
        # 遍历从1到n的所有数字
        for i in range(1, len(nums) + 1):
            # 检查当前数字是否在集合中
            if i not in setNums:
                # 如果不在集合中,说明该数字在原数组中消失,将其添加到结果数组中
                res.append(i)

        return res

Explore

在该题解中,通过将原数组转换为集合来处理重复数字的问题。集合是一个不包含重复元素的数据结构,因此即使原数组中有重复的数字,它们在集合中只会被存储一次。这样,当我们遍历从1到n的数字检查它们是否在集合中时,我们实际上是在检查这些数字是否至少出现了一次。不在集合中的数字,即是那些在原数组中完全未出现过的数字,因此被认为是“消失”的数字。

这种方法在时间复杂度上是线性的,即O(n),其中n是数组的长度。空间复杂度也是O(n),因为需要额外的数据结构(集合)来存储数组中的元素。在极大的n值情况下,内存消耗可能成为问题,因为存储大量的数据需要相应大的内存空间。在极小的n值情况下,这个方法效率较高,因为操作的绝对时间和空间成本都非常低。关于优化,对于极大的数据集,可以考虑使用更节省空间的方法,例如原地修改数组(不使用额外的集合)来标记已存在的数字,这种方法可以将空间复杂度降低到O(1)。但这种优化会使得算法的理解和实现变得更复杂,因此是否采用取决于具体的应用场景和性能要求。