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> 一样的道理，能解决四数之和
> 那么五数之和、六数之和、N数之和呢？
# 第18题. 四数之和
[力扣题目链接](https://leetcode-cn.com/problems/4sum/)
题意：给定一个包含 n 个整数的数组 nums 和一个目标值 target，判断 nums 中是否存在四个元素 a，b，c 和 d ，使得 a + b + c + d 的值与 target 相等？找出所有满足条件且不重复的四元组。
**注意：**
答案中不可以包含重复的四元组。
示例：
给定数组 nums = [1, 0, -1, 0, -2, 2]，和 target = 0。
满足要求的四元组集合为：
[
[-1, 0, 0, 1],
[-2, -1, 1, 2],
[-2, 0, 0, 2]
]
# 思路
四数之和，和[15.三数之和](https://programmercarl.com/0015.三数之和.html)是一个思路，都是使用双指针法, 基本解法就是在[15.三数之和](https://programmercarl.com/0015.三数之和.html) 的基础上再套一层for循环。
但是有一些细节需要注意，例如： 不要判断`nums[k] > target` 就返回了，三数之和 可以通过 `nums[i] > 0` 就返回了，因为 0 已经是确定的数了，四数之和这道题目 target是任意值。（大家亲自写代码就能感受出来）
[15.三数之和](https://programmercarl.com/0015.三数之和.html)的双指针解法是一层for循环num[i]为确定值，然后循环内有left和right下表作为双指针，找到nums[i] + nums[left] + nums[right] == 0。
四数之和的双指针解法是两层for循环nums[k] + nums[i]为确定值，依然是循环内有left和right下表作为双指针，找出nums[k] + nums[i] + nums[left] + nums[right] == target的情况，三数之和的时间复杂度是O(n^2)，四数之和的时间复杂度是O(n^3) 。
那么一样的道理，五数之和、六数之和等等都采用这种解法。
对于[15.三数之和](https://programmercarl.com/0015.三数之和.html)双指针法就是将原本暴力O(n^3)的解法，降为O(n^2)的解法，四数之和的双指针解法就是将原本暴力O(n^4)的解法，降为O(n^3)的解法。
之前我们讲过哈希表的经典题目：[454.四数相加II](https://programmercarl.com/0454.四数相加II.html)，相对于本题简单很多，因为本题是要求在一个集合中找出四个数相加等于target，同时四元组不能重复。
而[454.四数相加II](https://programmercarl.com/0454.四数相加II.html)是四个独立的数组，只要找到A[i] + B[j] + C[k] + D[l] = 0就可以，不用考虑有重复的四个元素相加等于0的情况，所以相对于本题还是简单了不少！
我们来回顾一下，几道题目使用了双指针法。
双指针法将时间复杂度O(n^2)的解法优化为 O(n)的解法。也就是降一个数量级，题目如下：
* [27.移除元素](https://programmercarl.com/0027.移除元素.html)
* [15.三数之和](https://programmercarl.com/0015.三数之和.html)
* [18.四数之和](https://programmercarl.com/0018.四数之和.html)
操作链表：
* [206.反转链表](https://programmercarl.com/0206.翻转链表.html)
* [19.删除链表的倒数第N个节点](https://programmercarl.com/0019.删除链表的倒数第N个节点.html)
* [面试题 02.07. 链表相交](https://programmercarl.com/面试题02.07.链表相交.html)
* [142题.环形链表II](https://programmercarl.com/0142.环形链表II.html)
双指针法在字符串题目中还有很多应用，后面还会介绍到。
C++代码
```CPP
class Solution {
public:
vector> fourSum(vector& nums, int target) {
vector> result;
sort(nums.begin(), nums.end());
for (int k = 0; k < nums.size(); k++) {
// 这种剪枝是错误的，这道题目target 是任意值
// if (nums[k] > target) {
// return result;
// }
// 去重
if (k > 0 && nums[k] == nums[k - 1]) {
continue;
}
for (int i = k + 1; i < nums.size(); i++) {
// 正确去重方法
if (i > k + 1 && nums[i] == nums[i - 1]) {
continue;
}
int left = i + 1;
int right = nums.size() - 1;
while (right > left) {
if (nums[k] + nums[i] + nums[left] + nums[right] > target) {
right--;
} else if (nums[k] + nums[i] + nums[left] + nums[right] < target) {
left++;
} else {
result.push_back(vector{nums[k], nums[i], nums[left], nums[right]});
// 去重逻辑应该放在找到一个四元组之后
while (right > left && nums[right] == nums[right - 1]) right--;
while (right > left && nums[left] == nums[left + 1]) left++;
// 找到答案时，双指针同时收缩
right--;
left++;
}
}
}
}
return result;
}
};
```
## 其他语言版本
Java：
```Java
class Solution {
public List> fourSum(int[] nums, int target) {
List> result = new ArrayList<>();
Arrays.sort(nums);
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
if (i > 0 && nums[i - 1] == nums[i]) {
continue;
}
for (int j = i + 1; j < nums.length; j++) {
if (j > i + 1 && nums[j - 1] == nums[j]) {
continue;
}
int left = j + 1;
int right = nums.length - 1;
while (right > left) {
int sum = nums[i] + nums[j] + nums[left] + nums[right];
if (sum > target) {
right--;
} else if (sum < target) {
left++;
} else {
result.add(Arrays.asList(nums[i], nums[j], nums[left], nums[right]));
while (right > left && nums[right] == nums[right - 1]) right--;
while (right > left && nums[left] == nums[left + 1]) left++;
left++;
right--;
}
}
}
}
return result;
}
}
```
Python：
```python
# 双指针法
class Solution:
def fourSum(self, nums: List[int], target: int) -> List[List[int]]:
nums.sort()
n = len(nums)
res = []
for i in range(n):
if i > 0 and nums[i] == nums[i - 1]: continue
for k in range(i+1, n):
if k > i + 1 and nums[k] == nums[k-1]: continue
p = k + 1
q = n - 1
while p < q:
if nums[i] + nums[k] + nums[p] + nums[q] > target: q -= 1
elif nums[i] + nums[k] + nums[p] + nums[q] < target: p += 1
else:
res.append([nums[i], nums[k], nums[p], nums[q]])
while p < q and nums[p] == nums[p + 1]: p += 1
while p < q and nums[q] == nums[q - 1]: q -= 1
p += 1
q -= 1
return res
```
```python
# 哈希表法
class Solution(object):
def fourSum(self, nums, target):
"""
:type nums: List[int]
:type target: int
:rtype: List[List[int]]
"""
# use a dict to store value:showtimes
hashmap = dict()
for n in nums:
if n in hashmap:
hashmap[n] += 1
else:
hashmap[n] = 1
# good thing about using python is you can use set to drop duplicates.
ans = set()
for i in range(len(nums)):
for j in range(i + 1, len(nums)):
for k in range(j + 1, len(nums)):
val = target - (nums[i] + nums[j] + nums[k])
if val in hashmap:
# make sure no duplicates.
count = (nums[i] == val) + (nums[j] == val) + (nums[k] == val)
if hashmap[val] > count:
ans.add(tuple(sorted([nums[i], nums[j], nums[k], val])))
else:
continue
return ans
```
Go：
```go
func fourSum(nums []int, target int) [][]int {
if len(nums) < 4 {
return nil
}
sort.Ints(nums)
var res [][]int
for i := 0; i < len(nums)-3; i++ {
n1 := nums[i]
// if n1 > target { // 不能这样写,因为可能是负数
// break
// }
if i > 0 && n1 == nums[i-1] {
continue
}
for j := i + 1; j < len(nums)-2; j++ {
n2 := nums[j]
if j > i+1 && n2 == nums[j-1] {
continue
}
l := j + 1
r := len(nums) - 1
for l < r {
n3 := nums[l]
n4 := nums[r]
sum := n1 + n2 + n3 + n4
if sum < target {
l++
} else if sum > target {
r--
} else {
res = append(res, []int{n1, n2, n3, n4})
for l < r && n3 == nums[l+1] { // 去重
l++
}
for l < r && n4 == nums[r-1] { // 去重
r--
}
// 找到答案时,双指针同时靠近
r--
l++
}
}
}
}
return res
}
```
javaScript:
```js
/**
* @param {number[]} nums
* @param {number} target
* @return {number[][]}
*/
var fourSum = function(nums, target) {
const len = nums.length;
if(len < 4) return [];
nums.sort((a, b) => a - b);
const res = [];
for(let i = 0; i < len - 3; i++) {
// 去重i
if(i > 0 && nums[i] === nums[i - 1]) continue;
for(let j = i + 1; j < len - 2; j++) {
// 去重j
if(j > i + 1 && nums[j] === nums[j - 1]) continue;
let l = j + 1, r = len - 1;
while(l < r) {
const sum = nums[i] + nums[j] + nums[l] + nums[r];
if(sum < target) { l++; continue}
if(sum > target) { r--; continue}
res.push([nums[i], nums[j], nums[l], nums[r]]);
while(l < r && nums[l] === nums[++l]);
while(l < r && nums[r] === nums[--r]);
}
}
}
return res;
};
```
PHP:
```php
class Solution {
/**
* @param Integer[] $nums
* @param Integer $target
* @return Integer[][]
*/
function fourSum($nums, $target) {
$res = [];
sort($nums);
for ($i = 0; $i < count($nums); $i++) {
if ($i > 0 && $nums[$i] == $nums[$i - 1]) {
continue;
}
for ($j = $i + 1; $j < count($nums); $j++) {
if ($j > $i + 1 && $nums[$j] == $nums[$j - 1]) {
continue;
}
$left = $j + 1;
$right = count($nums) - 1;
while ($left < $right) {
$sum = $nums[$i] + $nums[$j] + $nums[$left] + $nums[$right];
if ($sum < $target) {
$left++;
}
else if ($sum > $target) {
$right--;
}
else {
$res[] = [$nums[$i], $nums[$j], $nums[$left], $nums[$right]];
while ($left < $right && $nums[$left] == $nums[$left+1]) $left++;
while ($left < $right && $nums[$right] == $nums[$right-1]) $right--;
$left++;
$right--;
}
}
}
}
return $res;
}
}
```
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