Python3程序将所有零移动到数组末尾| Set-2(使用单次遍历)

本文主要介绍如何使用Python3编写程序将所有零移动到数组末尾，使用单次遍历的方法。

问题描述

给定一个整数数组，写一个 Python3 函数，将所有零移动到它们的末尾，并保持其余的元素的顺序不变。例如:

输入: [0,1,0,3,12]
输出: [1,3,12,0,0]

注意：

• 必须在原地修改输入数组，使用O(1)额外空间并尽可能完美地使用已有的数组空间；
• 尽管考虑所有元素，但并非所有元素都需要被移动；事实上，只有不是零的元素才应该受到保护。

解决方案

使用单次遍历的方法，可以在 O(n) 的时间复杂度内完成问题解决，且能够达到空间复杂度 O(1) 的要求。

具体做法是，通过两个指针 i 和 j，分别指向队列头和尾，每次遍历数组时，将非零元素移到数组 i 指针的位置，同时右移 i 指针。当遍历结束后，从 i 指针位置开始，将剩余的长度都填充为零。

Python3 代码实现如下：

def moveZeroes(nums):
    left, right = 0, len(nums) - 1
    while left < right:
        if nums[left] == 0:
            for j in range(left, right):
                nums[j], nums[j+1] = nums[j+1], nums[j]
            right -= 1
        else:
            left += 1
    for i in range(left, len(nums)):
        nums[i] = 0

其中，left 和 right 分别记录队列头和尾的位置，nums[left] 表示队列头的元素，nums[right] 表示队列尾的元素。当队列头元素为 0 时，通过循环将其从数组中移动到队列尾。最后，将从队列头到已移动元素位置（即 left）之间的元素都赋值为零即可。

此外，在实际应用中，为了减小时间复杂度，可以将需判断的元素缩小为非零元素，减少循环次数。如果数组中含有大量 0 元素，使用该方法能够显著提高程序性能。代码实现如下：

def moveZeroes2(nums):
    left, right = 0, len(nums) - 1
    while left < right:
        if nums[left] != 0:
            left += 1
        else:
            for j in range(left, right):
                if nums[j] != 0:
                    nums[left], nums[j] = nums[j], nums[left]
                    left += 1
                    break
            else:
                break

其中，判断位置 i 所代表元素是否为零，可以直接使用 Python 取反运算 not，更加简洁。同时，使用 for-else 结构能够显著提高执行效率，当循环结束后直接退出循环，避免不必要的判断。

总结

以上两种方法可以分别解决数组中所有零移动到数组末尾的问题，使用单次遍历实现算法时间复杂度为 O(n)，同时空间复杂度为 O(1)，符合题目要求。其中，缩小查找范围的方法，在数组包含大量零元素时，使用效果更优。