4Sum

Given an array S of n integers, are there elements a, b, c, and d in S such that a + b + c + d = target? Find all unique quadruplets in the array which gives the sum of target.

Note: The solution set must not contain duplicate quadruplets.

For example, given array S = [1, 0, -1, 0, -2, 2], and target = 0.

A solution set is:
[
  [-1,  0, 0, 1],
  [-2, -1, 1, 2],
  [-2,  0, 0, 2]
]

/*
The naive way is to search every four-element pair and check if the sum equals to the target.
time:O(n^4), space:O(1)

The better way is to use two pointers.
time:O(n^3), space:O(1)
*/

public class Solution {
    public List<List<Integer>> fourSum(int[] nums, int target) {
        List<List<Integer>> ans = new ArrayList<List<Integer>>();
        if (nums == null || nums.length < 4) {
            return ans;
        }
        Arrays.sort(nums);
        for (int i = 0; i < nums.length - 3; i++) {
            if (i > 0 && nums[i] == nums[i-1]) {
                continue;
            }
            for (int j = nums.length - 1; j > 2; j--) {
                if (j < nums.length - 1 && nums[j] == nums[j + 1]) {
                    continue;
                }
                int left = i + 1;
                int right = j - 1;
                while (left < right) {
                    int sum = nums[i] + nums[left] + 
                              nums[right] + nums[j];
                    if (sum < target) {
                        left++;
                    } else if (sum > target) {
                        right--;
                    } else {
                        List<Integer> row = new ArrayList<>();
                        row.add(nums[i]);
                        row.add(nums[left]);
                        row.add(nums[right]);
                        row.add(nums[j]);
                        ans.add(row);
                        left++;
                        right--;
                        while (left < right && nums[left] ==                                        nums[left-1]) {
                            left++;
                        }
                        while (left < right && nums[right] ==                                      nums[right + 1]) {
                            right--;
                        }
                    }
                }
            } 
        } 
        return ans;
    }
}