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leetcode 101 ~ 150
加油站

加油站

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题目描述

在一条环路上有 n 个加油站,其中第 i 个加油站有汽油 gas[i] 升。

你有一辆油箱容量无限的的汽车,从第 i 个加油站开往第 i+1 个加油站需要消耗汽油 cost[i] 升。你从其中的一个加油站出发,开始时油箱为空。

给定两个整数数组 gascost ,如果你可以按顺序绕环路行驶一周,则返回出发时加油站的编号,否则返回 -1 。如果存在解,则 保证 它是 唯一 的。

 

示例 1:

输入: gas = [1,2,3,4,5], cost = [3,4,5,1,2]
输出: 3
解释:
从 3 号加油站(索引为 3 处)出发,可获得 4 升汽油。此时油箱有 = 0 + 4 = 4 升汽油
开往 4 号加油站,此时油箱有 4 - 1 + 5 = 8 升汽油
开往 0 号加油站,此时油箱有 8 - 2 + 1 = 7 升汽油
开往 1 号加油站,此时油箱有 7 - 3 + 2 = 6 升汽油
开往 2 号加油站,此时油箱有 6 - 4 + 3 = 5 升汽油
开往 3 号加油站,你需要消耗 5 升汽油,正好足够你返回到 3 号加油站。
因此,3 可为起始索引。

示例 2:

输入: gas = [2,3,4], cost = [3,4,3]
输出: -1
解释:
你不能从 0 号或 1 号加油站出发,因为没有足够的汽油可以让你行驶到下一个加油站。
我们从 2 号加油站出发,可以获得 4 升汽油。 此时油箱有 = 0 + 4 = 4 升汽油
开往 0 号加油站,此时油箱有 4 - 3 + 2 = 3 升汽油
开往 1 号加油站,此时油箱有 3 - 3 + 3 = 3 升汽油
你无法返回 2 号加油站,因为返程需要消耗 4 升汽油,但是你的油箱只有 3 升汽油。
因此,无论怎样,你都不可能绕环路行驶一周。

 

提示:

  • gas.length == n
  • cost.length == n
  • 1 <= n <= 105
  • 0 <= gas[i], cost[i] <= 104

代码结果

运行时间: 52 ms, 内存: 0.0 MB


/*
 * 思路:
 * 1. 使用Java Stream的特点来计算总的油量和总的消耗量,确定是否存在解。
 * 2. 通过流操作计算每个加油站的剩余油量,并通过流的终止操作返回结果。
 */
import java.util.stream.IntStream;
 
public int canCompleteCircuitStream(int[] gas, int[] cost) {
    int totalGas = IntStream.of(gas).sum();
    int totalCost = IntStream.of(cost).sum();
    if (totalGas < totalCost) return -1;
    int currTank = 0, startingStation = 0;
    for (int i = 0; i < gas.length; i++) {
        currTank += gas[i] - cost[i];
        if (currTank < 0) {
            startingStation = i + 1;
            currTank = 0;
        }
    }
    return startingStation;
}

解释

方法:

这个题解采用了贪心算法的思路。首先判断所有加油站的油量总和是否小于总的消耗,如果是的话,那么无论从哪个加油站出发,都不可能绕环路一周,直接返回-1。否则,我们可以从第一个加油站开始,用一个变量tank来记录当前油箱里的油量。遍历所有加油站,在每一步更新tank的值,如果tank的值小于0了,就说明之前的加油站都不能作为起点,于是把start设置为i+1,并且重置tank为0。最后返回start即可。

时间复杂度:

O(n)

空间复杂度:

O(1)

代码细节讲解

🦆
为什么先检查所有加油站的油量总和与总消耗相比,而不是直接尝试从每个加油站出发?
这个检查是为了快速确定是否存在任何可能的解决方案。如果所有加油站的油量总和不足以覆盖总的消耗量,那么无论从哪个加油站出发都不可能完成全程。这种方法可以在进行任何其他计算之前,以常数时间的复杂度O(1)来排除无解的情况,避免不必要的计算。
🦆
在算法中,当tank小于0时,为什么立即将start设置为下一个加油站i+1,而不是检查更多的可能性或回溯?
当tank变为负数时,这意味着从当前的起点加油站到当前加油站的任何一个中间加油站作为起点都不可能完成全程。因为从任一中间站出发,油箱的油量也会在到达当前加油站时变为负。因此,唯一合理的选择是尝试下一个加油站作为新的起点,并重置油箱,这样可以有效减少不必要的计算和回溯,提高算法效率。
🦆
如果在某个加油站tank值第一次变为负数,将start设置到下一个加油站后,为什么可以安全地忽略之前的加油站作为起点的可能性?
一旦tank变为负数,这表明从当前起点到这个加油站的路径不能持续提供足够的油量来支持行程。所有在这中间的加油站,如果作为起点,其结果必然会更早地使tank变负(因为它们缺少从原起点到它们之间的燃油补给)。因此,可以放心地忽略这些加油站,从下一个站重新开始尝试。这是基于贪心策略的一部分,保证了算法的效率。
🦆
算法中提到如果存在解,则保证它是唯一的。能否解释为什么会有这样的保证?
如果总的油量大于等于总的消耗,那么一定存在一个唯一的起点可以完成全程。这是因为从任何一个非解的加油站出发,油箱的油量最终会变成负值,迫使起点向前推移。一旦找到一个可能的起点,从该点开始的循环中油箱油量将始终为非负,完成全程。由于这个循环的独特性质,不可能存在第二个这样的点,因此解是唯一的。

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