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2023-09-04 03:16:55 +08:00
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@@ -52,6 +52,97 @@ comments: true
请注意,$n$ 维方阵中 $row - col$ 的范围是 $[-n + 1, n - 1]$ $row + col$ 的范围是 $[0, 2n - 2]$ ,所以主对角线和次对角线的数量都为 $2n - 1$ ,即数组 `diag1``diag2` 的长度都为 $2n - 1$ 。
=== "Python"
```python title="n_queens.py"
def backtrack(
row: int,
n: int,
state: list[list[str]],
res: list[list[list[str]]],
cols: list[bool],
diags1: list[bool],
diags2: list[bool],
):
"""回溯算法N 皇后"""
# 当放置完所有行时,记录解
if row == n:
res.append([list(row) for row in state])
return
# 遍历所有列
for col in range(n):
# 计算该格子对应的主对角线和副对角线
diag1 = row - col + n - 1
diag2 = row + col
# 剪枝:不允许该格子所在列、主对角线、副对角线存在皇后
if not cols[col] and not diags1[diag1] and not diags2[diag2]:
# 尝试:将皇后放置在该格子
state[row][col] = "Q"
cols[col] = diags1[diag1] = diags2[diag2] = True
# 放置下一行
backtrack(row + 1, n, state, res, cols, diags1, diags2)
# 回退:将该格子恢复为空位
state[row][col] = "#"
cols[col] = diags1[diag1] = diags2[diag2] = False
def n_queens(n: int) -> list[list[list[str]]]:
"""求解 N 皇后"""
# 初始化 n*n 大小的棋盘,其中 'Q' 代表皇后,'#' 代表空位
state = [["#" for _ in range(n)] for _ in range(n)]
cols = [False] * n # 记录列是否有皇后
diags1 = [False] * (2 * n - 1) # 记录主对角线是否有皇后
diags2 = [False] * (2 * n - 1) # 记录副对角线是否有皇后
res = []
backtrack(0, n, state, res, cols, diags1, diags2)
return res
```
=== "C++"
```cpp title="n_queens.cpp"
/* 回溯算法N 皇后 */
void backtrack(int row, int n, vector<vector<string>> &state, vector<vector<vector<string>>> &res, vector<bool> &cols,
vector<bool> &diags1, vector<bool> &diags2) {
// 当放置完所有行时,记录解
if (row == n) {
res.push_back(state);
return;
}
// 遍历所有列
for (int col = 0; col < n; col++) {
// 计算该格子对应的主对角线和副对角线
int diag1 = row - col + n - 1;
int diag2 = row + col;
// 剪枝:不允许该格子所在列、主对角线、副对角线存在皇后
if (!cols[col] && !diags1[diag1] && !diags2[diag2]) {
// 尝试:将皇后放置在该格子
state[row][col] = "Q";
cols[col] = diags1[diag1] = diags2[diag2] = true;
// 放置下一行
backtrack(row + 1, n, state, res, cols, diags1, diags2);
// 回退:将该格子恢复为空位
state[row][col] = "#";
cols[col] = diags1[diag1] = diags2[diag2] = false;
}
}
}
/* 求解 N 皇后 */
vector<vector<vector<string>>> nQueens(int n) {
// 初始化 n*n 大小的棋盘,其中 'Q' 代表皇后,'#' 代表空位
vector<vector<string>> state(n, vector<string>(n, "#"));
vector<bool> cols(n, false); // 记录列是否有皇后
vector<bool> diags1(2 * n - 1, false); // 记录主对角线是否有皇后
vector<bool> diags2(2 * n - 1, false); // 记录副对角线是否有皇后
vector<vector<vector<string>>> res;
backtrack(0, n, state, res, cols, diags1, diags2);
return res;
}
```
=== "Java"
```java title="n_queens.java"
@@ -108,15 +199,19 @@ comments: true
}
```
=== "C++"
=== "C#"
```cpp title="n_queens.cpp"
```csharp title="n_queens.cs"
/* 回溯算法N 皇后 */
void backtrack(int row, int n, vector<vector<string>> &state, vector<vector<vector<string>>> &res, vector<bool> &cols,
vector<bool> &diags1, vector<bool> &diags2) {
void backtrack(int row, int n, List<List<string>> state, List<List<List<string>>> res,
bool[] cols, bool[] diags1, bool[] diags2) {
// 当放置完所有行时,记录解
if (row == n) {
res.push_back(state);
List<List<string>> copyState = new List<List<string>>();
foreach (List<string> sRow in state) {
copyState.Add(new List<string>(sRow));
}
res.Add(copyState);
return;
}
// 遍历所有列
@@ -139,13 +234,20 @@ comments: true
}
/* 求解 N 皇后 */
vector<vector<vector<string>>> nQueens(int n) {
List<List<List<string>>> nQueens(int n) {
// 初始化 n*n 大小的棋盘,其中 'Q' 代表皇后,'#' 代表空位
vector<vector<string>> state(n, vector<string>(n, "#"));
vector<bool> cols(n, false); // 记录列是否有皇后
vector<bool> diags1(2 * n - 1, false); // 记录主对角线是否有皇后
vector<bool> diags2(2 * n - 1, false); // 记录副对角线是否有皇后
vector<vector<vector<string>>> res;
List<List<string>> state = new List<List<string>>();
for (int i = 0; i < n; i++) {
List<string> row = new List<string>();
for (int j = 0; j < n; j++) {
row.Add("#");
}
state.Add(row);
}
bool[] cols = new bool[n]; // 记录列是否有皇后
bool[] diags1 = new bool[2 * n - 1]; // 记录主对角线是否有皇后
bool[] diags2 = new bool[2 * n - 1]; // 记录副对角线是否有皇后
List<List<List<string>>> res = new List<List<List<string>>>();
backtrack(0, n, state, res, cols, diags1, diags2);
@@ -153,52 +255,6 @@ comments: true
}
```
=== "Python"
```python title="n_queens.py"
def backtrack(
row: int,
n: int,
state: list[list[str]],
res: list[list[list[str]]],
cols: list[bool],
diags1: list[bool],
diags2: list[bool],
):
"""回溯算法N 皇后"""
# 当放置完所有行时,记录解
if row == n:
res.append([list(row) for row in state])
return
# 遍历所有列
for col in range(n):
# 计算该格子对应的主对角线和副对角线
diag1 = row - col + n - 1
diag2 = row + col
# 剪枝:不允许该格子所在列、主对角线、副对角线存在皇后
if not cols[col] and not diags1[diag1] and not diags2[diag2]:
# 尝试:将皇后放置在该格子
state[row][col] = "Q"
cols[col] = diags1[diag1] = diags2[diag2] = True
# 放置下一行
backtrack(row + 1, n, state, res, cols, diags1, diags2)
# 回退:将该格子恢复为空位
state[row][col] = "#"
cols[col] = diags1[diag1] = diags2[diag2] = False
def n_queens(n: int) -> list[list[list[str]]]:
"""求解 N 皇后"""
# 初始化 n*n 大小的棋盘,其中 'Q' 代表皇后,'#' 代表空位
state = [["#" for _ in range(n)] for _ in range(n)]
cols = [False] * n # 记录列是否有皇后
diags1 = [False] * (2 * n - 1) # 记录主对角线是否有皇后
diags2 = [False] * (2 * n - 1) # 记录副对角线是否有皇后
res = []
backtrack(0, n, state, res, cols, diags1, diags2)
return res
```
=== "Go"
```go title="n_queens.go"
@@ -284,6 +340,54 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="n_queens.swift"
/* 回溯算法N 皇后 */
func backtrack(row: Int, n: Int, state: inout [[String]], res: inout [[[String]]], cols: inout [Bool], diags1: inout [Bool], diags2: inout [Bool]) {
// 当放置完所有行时,记录解
if row == n {
res.append(state)
return
}
// 遍历所有列
for col in 0 ..< n {
// 计算该格子对应的主对角线和副对角线
let diag1 = row - col + n - 1
let diag2 = row + col
// 剪枝:不允许该格子所在列、主对角线、副对角线存在皇后
if !cols[col] && !diags1[diag1] && !diags2[diag2] {
// 尝试:将皇后放置在该格子
state[row][col] = "Q"
cols[col] = true
diags1[diag1] = true
diags2[diag2] = true
// 放置下一行
backtrack(row: row + 1, n: n, state: &state, res: &res, cols: &cols, diags1: &diags1, diags2: &diags2)
// 回退:将该格子恢复为空位
state[row][col] = "#"
cols[col] = false
diags1[diag1] = false
diags2[diag2] = false
}
}
}
/* 求解 N 皇后 */
func nQueens(n: Int) -> [[[String]]] {
// 初始化 n*n 大小的棋盘,其中 'Q' 代表皇后,'#' 代表空位
var state = Array(repeating: Array(repeating: "#", count: n), count: n)
var cols = Array(repeating: false, count: n) // 记录列是否有皇后
var diags1 = Array(repeating: false, count: 2 * n - 1) // 记录主对角线是否有皇后
var diags2 = Array(repeating: false, count: 2 * n - 1) // 记录副对角线是否有皇后
var res: [[[String]]] = []
backtrack(row: 0, n: n, state: &state, res: &res, cols: &cols, diags1: &diags1, diags2: &diags2)
return res
}
```
=== "JS"
```javascript title="n_queens.js"
@@ -378,126 +482,6 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="n_queens.c"
[class]{}-[func]{backtrack}
[class]{}-[func]{nQueens}
```
=== "C#"
```csharp title="n_queens.cs"
/* 回溯算法N 皇后 */
void backtrack(int row, int n, List<List<string>> state, List<List<List<string>>> res,
bool[] cols, bool[] diags1, bool[] diags2) {
// 当放置完所有行时,记录解
if (row == n) {
List<List<string>> copyState = new List<List<string>>();
foreach (List<string> sRow in state) {
copyState.Add(new List<string>(sRow));
}
res.Add(copyState);
return;
}
// 遍历所有列
for (int col = 0; col < n; col++) {
// 计算该格子对应的主对角线和副对角线
int diag1 = row - col + n - 1;
int diag2 = row + col;
// 剪枝:不允许该格子所在列、主对角线、副对角线存在皇后
if (!cols[col] && !diags1[diag1] && !diags2[diag2]) {
// 尝试:将皇后放置在该格子
state[row][col] = "Q";
cols[col] = diags1[diag1] = diags2[diag2] = true;
// 放置下一行
backtrack(row + 1, n, state, res, cols, diags1, diags2);
// 回退:将该格子恢复为空位
state[row][col] = "#";
cols[col] = diags1[diag1] = diags2[diag2] = false;
}
}
}
/* 求解 N 皇后 */
List<List<List<string>>> nQueens(int n) {
// 初始化 n*n 大小的棋盘,其中 'Q' 代表皇后,'#' 代表空位
List<List<string>> state = new List<List<string>>();
for (int i = 0; i < n; i++) {
List<string> row = new List<string>();
for (int j = 0; j < n; j++) {
row.Add("#");
}
state.Add(row);
}
bool[] cols = new bool[n]; // 记录列是否有皇后
bool[] diags1 = new bool[2 * n - 1]; // 记录主对角线是否有皇后
bool[] diags2 = new bool[2 * n - 1]; // 记录副对角线是否有皇后
List<List<List<string>>> res = new List<List<List<string>>>();
backtrack(0, n, state, res, cols, diags1, diags2);
return res;
}
```
=== "Swift"
```swift title="n_queens.swift"
/* 回溯算法N 皇后 */
func backtrack(row: Int, n: Int, state: inout [[String]], res: inout [[[String]]], cols: inout [Bool], diags1: inout [Bool], diags2: inout [Bool]) {
// 当放置完所有行时,记录解
if row == n {
res.append(state)
return
}
// 遍历所有列
for col in 0 ..< n {
// 计算该格子对应的主对角线和副对角线
let diag1 = row - col + n - 1
let diag2 = row + col
// 剪枝:不允许该格子所在列、主对角线、副对角线存在皇后
if !cols[col] && !diags1[diag1] && !diags2[diag2] {
// 尝试:将皇后放置在该格子
state[row][col] = "Q"
cols[col] = true
diags1[diag1] = true
diags2[diag2] = true
// 放置下一行
backtrack(row: row + 1, n: n, state: &state, res: &res, cols: &cols, diags1: &diags1, diags2: &diags2)
// 回退:将该格子恢复为空位
state[row][col] = "#"
cols[col] = false
diags1[diag1] = false
diags2[diag2] = false
}
}
}
/* 求解 N 皇后 */
func nQueens(n: Int) -> [[[String]]] {
// 初始化 n*n 大小的棋盘,其中 'Q' 代表皇后,'#' 代表空位
var state = Array(repeating: Array(repeating: "#", count: n), count: n)
var cols = Array(repeating: false, count: n) // 记录列是否有皇后
var diags1 = Array(repeating: false, count: 2 * n - 1) // 记录主对角线是否有皇后
var diags2 = Array(repeating: false, count: 2 * n - 1) // 记录副对角线是否有皇后
var res: [[[String]]] = []
backtrack(row: 0, n: n, state: &state, res: &res, cols: &cols, diags1: &diags1, diags2: &diags2)
return res
}
```
=== "Zig"
```zig title="n_queens.zig"
[class]{}-[func]{backtrack}
[class]{}-[func]{nQueens}
```
=== "Dart"
```dart title="n_queens.dart"
@@ -614,6 +598,22 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="n_queens.c"
[class]{}-[func]{backtrack}
[class]{}-[func]{nQueens}
```
=== "Zig"
```zig title="n_queens.zig"
[class]{}-[func]{backtrack}
[class]{}-[func]{nQueens}
```
逐行放置 $n$ 次,考虑列约束,则从第一行到最后一行分别有 $n$、$n-1$、$\dots$、$2$、$1$ 个选择,**因此时间复杂度为 $O(n!)$** 。实际上,根据对角线约束的剪枝也能够大幅地缩小搜索空间,因而搜索效率往往优于以上时间复杂度。
数组 `state` 使用 $O(n^2)$ 空间,数组 `cols`、`diags1` 和 `diags2` 皆使用 $O(n)$ 空间。最大递归深度为 $n$ ,使用 $O(n)$ 栈帧空间。因此,**空间复杂度为 $O(n^2)$** 。

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@@ -55,39 +55,35 @@ comments: true
想清楚以上信息之后,我们就可以在框架代码中做“完形填空”了。为了缩短代码行数,我们不单独实现框架代码中的各个函数,而是将他们展开在 `backtrack()` 函数中。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="permutations_i.java"
/* 回溯算法:全排列 I */
void backtrack(List<Integer> state, int[] choices, boolean[] selected, List<List<Integer>> res) {
// 当状态长度等于元素数量时,记录解
if (state.size() == choices.length) {
res.add(new ArrayList<Integer>(state));
return;
}
// 遍历所有选择
for (int i = 0; i < choices.length; i++) {
int choice = choices[i];
// 剪枝:不允许重复选择元素 且 不允许重复选择相等元素
if (!selected[i]) {
// 尝试:做出选择,更新状态
selected[i] = true;
state.add(choice);
// 进行下一轮选择
backtrack(state, choices, selected, res);
// 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
selected[i] = false;
state.remove(state.size() - 1);
}
}
}
```python title="permutations_i.py"
def backtrack(
state: list[int], choices: list[int], selected: list[bool], res: list[list[int]]
):
"""回溯算法:全排列 I"""
# 当状态长度等于元素数量时,记录解
if len(state) == len(choices):
res.append(list(state))
return
# 遍历所有选择
for i, choice in enumerate(choices):
# 剪枝:不允许重复选择元素
if not selected[i]:
# 尝试:做出选择,更新状态
selected[i] = True
state.append(choice)
# 进行下一轮选择
backtrack(state, choices, selected, res)
# 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
selected[i] = False
state.pop()
/* 全排列 I */
List<List<Integer>> permutationsI(int[] nums) {
List<List<Integer>> res = new ArrayList<List<Integer>>();
backtrack(new ArrayList<Integer>(), nums, new boolean[nums.length], res);
return res;
}
def permutations_i(nums: list[int]) -> list[list[int]]:
"""全排列 I"""
res = []
backtrack(state=[], choices=nums, selected=[False] * len(nums), res=res)
return res
```
=== "C++"
@@ -127,35 +123,74 @@ comments: true
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="permutations_i.py"
def backtrack(
state: list[int], choices: list[int], selected: list[bool], res: list[list[int]]
):
"""回溯算法:全排列 I"""
# 当状态长度等于元素数量时,记录解
if len(state) == len(choices):
res.append(list(state))
return
# 遍历所有选择
for i, choice in enumerate(choices):
# 剪枝:不允许重复选择元素
if not selected[i]:
# 尝试:做出选择,更新状态
selected[i] = True
state.append(choice)
# 进行下一轮选择
backtrack(state, choices, selected, res)
# 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
selected[i] = False
state.pop()
```java title="permutations_i.java"
/* 回溯算法:全排列 I */
void backtrack(List<Integer> state, int[] choices, boolean[] selected, List<List<Integer>> res) {
// 当状态长度等于元素数量时,记录解
if (state.size() == choices.length) {
res.add(new ArrayList<Integer>(state));
return;
}
// 遍历所有选择
for (int i = 0; i < choices.length; i++) {
int choice = choices[i];
// 剪枝:不允许重复选择元素 且 不允许重复选择相等元素
if (!selected[i]) {
// 尝试:做出选择,更新状态
selected[i] = true;
state.add(choice);
// 进行下一轮选择
backtrack(state, choices, selected, res);
// 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
selected[i] = false;
state.remove(state.size() - 1);
}
}
}
def permutations_i(nums: list[int]) -> list[list[int]]:
"""全排列 I"""
res = []
backtrack(state=[], choices=nums, selected=[False] * len(nums), res=res)
return res
/* 全排列 I */
List<List<Integer>> permutationsI(int[] nums) {
List<List<Integer>> res = new ArrayList<List<Integer>>();
backtrack(new ArrayList<Integer>(), nums, new boolean[nums.length], res);
return res;
}
```
=== "C#"
```csharp title="permutations_i.cs"
/* 回溯算法:全排列 I */
void backtrack(List<int> state, int[] choices, bool[] selected, List<List<int>> res) {
// 当状态长度等于元素数量时,记录解
if (state.Count == choices.Length) {
res.Add(new List<int>(state));
return;
}
// 遍历所有选择
for (int i = 0; i < choices.Length; i++) {
int choice = choices[i];
// 剪枝:不允许重复选择元素 且 不允许重复选择相等元素
if (!selected[i]) {
// 尝试:做出选择,更新状态
selected[i] = true;
state.Add(choice);
// 进行下一轮选择
backtrack(state, choices, selected, res);
// 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
selected[i] = false;
state.RemoveAt(state.Count - 1);
}
}
}
/* 全排列 I */
List<List<int>> permutationsI(int[] nums) {
List<List<int>> res = new List<List<int>>();
backtrack(new List<int>(), nums, new bool[nums.Length], res);
return res;
}
```
=== "Go"
@@ -195,6 +230,42 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="permutations_i.swift"
/* 回溯算法:全排列 I */
func backtrack(state: inout [Int], choices: [Int], selected: inout [Bool], res: inout [[Int]]) {
// 当状态长度等于元素数量时,记录解
if state.count == choices.count {
res.append(state)
return
}
// 遍历所有选择
for (i, choice) in choices.enumerated() {
// 剪枝:不允许重复选择元素 且 不允许重复选择相等元素
if !selected[i] {
// 尝试:做出选择,更新状态
selected[i] = true
state.append(choice)
// 进行下一轮选择
backtrack(state: &state, choices: choices, selected: &selected, res: &res)
// 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
selected[i] = false
state.removeLast()
}
}
}
/* 全排列 I */
func permutationsI(nums: [Int]) -> [[Int]] {
var state: [Int] = []
var selected = Array(repeating: false, count: nums.count)
var res: [[Int]] = []
backtrack(state: &state, choices: nums, selected: &selected, res: &res)
return res
}
```
=== "JS"
```javascript title="permutations_i.js"
@@ -268,136 +339,6 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="permutations_i.c"
/* 回溯算法:全排列 I */
void backtrack(vector *state, vector *choices, vector *selected, vector *res) {
// 当状态长度等于元素数量时,记录解
if (state->size == choices->size) {
vector *newState = newVector();
for (int i = 0; i < state->size; i++) {
vectorPushback(newState, state->data[i], sizeof(int));
}
vectorPushback(res, newState, sizeof(vector));
return;
}
// 遍历所有选择
for (int i = 0; i < choices->size; i++) {
int *choice = malloc(sizeof(int));
*choice = *((int *)(choices->data[i]));
// 剪枝:不允许重复选择元素 且 不允许重复选择相等元素
bool select = *((bool *)(selected->data[i]));
if (!select) {
// 尝试:做出选择,更新状态
*((bool *)selected->data[i]) = true;
vectorPushback(state, choice, sizeof(int));
// 进行下一轮选择
backtrack(state, choices, selected, res);
// 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
*((bool *)selected->data[i]) = false;
vectorPopback(state);
}
}
}
/* 全排列 I */
vector *permutationsI(vector *nums) {
vector *iState = newVector();
int select[3] = {false, false, false};
vector *bSelected = newVector();
for (int i = 0; i < nums->size; i++) {
vectorPushback(bSelected, &select[i], sizeof(int));
}
vector *res = newVector();
// 前序遍历
backtrack(iState, nums, bSelected, res);
return res;
}
```
=== "C#"
```csharp title="permutations_i.cs"
/* 回溯算法:全排列 I */
void backtrack(List<int> state, int[] choices, bool[] selected, List<List<int>> res) {
// 当状态长度等于元素数量时,记录解
if (state.Count == choices.Length) {
res.Add(new List<int>(state));
return;
}
// 遍历所有选择
for (int i = 0; i < choices.Length; i++) {
int choice = choices[i];
// 剪枝:不允许重复选择元素 且 不允许重复选择相等元素
if (!selected[i]) {
// 尝试:做出选择,更新状态
selected[i] = true;
state.Add(choice);
// 进行下一轮选择
backtrack(state, choices, selected, res);
// 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
selected[i] = false;
state.RemoveAt(state.Count - 1);
}
}
}
/* 全排列 I */
List<List<int>> permutationsI(int[] nums) {
List<List<int>> res = new List<List<int>>();
backtrack(new List<int>(), nums, new bool[nums.Length], res);
return res;
}
```
=== "Swift"
```swift title="permutations_i.swift"
/* 回溯算法:全排列 I */
func backtrack(state: inout [Int], choices: [Int], selected: inout [Bool], res: inout [[Int]]) {
// 当状态长度等于元素数量时,记录解
if state.count == choices.count {
res.append(state)
return
}
// 遍历所有选择
for (i, choice) in choices.enumerated() {
// 剪枝:不允许重复选择元素 且 不允许重复选择相等元素
if !selected[i] {
// 尝试:做出选择,更新状态
selected[i] = true
state.append(choice)
// 进行下一轮选择
backtrack(state: &state, choices: choices, selected: &selected, res: &res)
// 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
selected[i] = false
state.removeLast()
}
}
}
/* 全排列 I */
func permutationsI(nums: [Int]) -> [[Int]] {
var state: [Int] = []
var selected = Array(repeating: false, count: nums.count)
var res: [[Int]] = []
backtrack(state: &state, choices: nums, selected: &selected, res: &res)
return res
}
```
=== "Zig"
```zig title="permutations_i.zig"
[class]{}-[func]{backtrack}
[class]{}-[func]{permutationsI}
```
=== "Dart"
```dart title="permutations_i.dart"
@@ -473,6 +414,65 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="permutations_i.c"
/* 回溯算法:全排列 I */
void backtrack(vector *state, vector *choices, vector *selected, vector *res) {
// 当状态长度等于元素数量时,记录解
if (state->size == choices->size) {
vector *newState = newVector();
for (int i = 0; i < state->size; i++) {
vectorPushback(newState, state->data[i], sizeof(int));
}
vectorPushback(res, newState, sizeof(vector));
return;
}
// 遍历所有选择
for (int i = 0; i < choices->size; i++) {
int *choice = malloc(sizeof(int));
*choice = *((int *)(choices->data[i]));
// 剪枝:不允许重复选择元素 且 不允许重复选择相等元素
bool select = *((bool *)(selected->data[i]));
if (!select) {
// 尝试:做出选择,更新状态
*((bool *)selected->data[i]) = true;
vectorPushback(state, choice, sizeof(int));
// 进行下一轮选择
backtrack(state, choices, selected, res);
// 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
*((bool *)selected->data[i]) = false;
vectorPopback(state);
}
}
}
/* 全排列 I */
vector *permutationsI(vector *nums) {
vector *iState = newVector();
int select[3] = {false, false, false};
vector *bSelected = newVector();
for (int i = 0; i < nums->size; i++) {
vectorPushback(bSelected, &select[i], sizeof(int));
}
vector *res = newVector();
// 前序遍历
backtrack(iState, nums, bSelected, res);
return res;
}
```
=== "Zig"
```zig title="permutations_i.zig"
[class]{}-[func]{backtrack}
[class]{}-[func]{permutationsI}
```
## 13.2.2 &nbsp; 考虑相等元素的情况
!!! question
@@ -505,41 +505,37 @@ comments: true
在上一题的代码的基础上,我们考虑在每一轮选择中开启一个哈希表 `duplicated` ,用于记录该轮中已经尝试过的元素,并将重复元素剪枝。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="permutations_ii.java"
/* 回溯算法:全排列 II */
void backtrack(List<Integer> state, int[] choices, boolean[] selected, List<List<Integer>> res) {
// 当状态长度等于元素数量时,记录解
if (state.size() == choices.length) {
res.add(new ArrayList<Integer>(state));
return;
}
// 遍历所有选择
Set<Integer> duplicated = new HashSet<Integer>();
for (int i = 0; i < choices.length; i++) {
int choice = choices[i];
// 剪枝:不允许重复选择元素 且 不允许重复选择相等元素
if (!selected[i] && !duplicated.contains(choice)) {
// 尝试:做出选择,更新状态
duplicated.add(choice); // 记录选择过的元素值
selected[i] = true;
state.add(choice);
// 进行下一轮选择
backtrack(state, choices, selected, res);
// 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
selected[i] = false;
state.remove(state.size() - 1);
}
}
}
```python title="permutations_ii.py"
def backtrack(
state: list[int], choices: list[int], selected: list[bool], res: list[list[int]]
):
"""回溯算法:全排列 II"""
# 当状态长度等于元素数量时,记录解
if len(state) == len(choices):
res.append(list(state))
return
# 遍历所有选择
duplicated = set[int]()
for i, choice in enumerate(choices):
# 剪枝:不允许重复选择元素 且 不允许重复选择相等元素
if not selected[i] and choice not in duplicated:
# 尝试:做出选择,更新状态
duplicated.add(choice) # 记录选择过的元素值
selected[i] = True
state.append(choice)
# 进行下一轮选择
backtrack(state, choices, selected, res)
# 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
selected[i] = False
state.pop()
/* 全排列 II */
List<List<Integer>> permutationsII(int[] nums) {
List<List<Integer>> res = new ArrayList<List<Integer>>();
backtrack(new ArrayList<Integer>(), nums, new boolean[nums.length], res);
return res;
}
def permutations_ii(nums: list[int]) -> list[list[int]]:
"""全排列 II"""
res = []
backtrack(state=[], choices=nums, selected=[False] * len(nums), res=res)
return res
```
=== "C++"
@@ -581,37 +577,78 @@ comments: true
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="permutations_ii.py"
def backtrack(
state: list[int], choices: list[int], selected: list[bool], res: list[list[int]]
):
"""回溯算法:全排列 II"""
# 当状态长度等于元素数量时,记录解
if len(state) == len(choices):
res.append(list(state))
return
# 遍历所有选择
duplicated = set[int]()
for i, choice in enumerate(choices):
# 剪枝:不允许重复选择元素 且 不允许重复选择相等元素
if not selected[i] and choice not in duplicated:
# 尝试:做出选择,更新状态
duplicated.add(choice) # 记录选择过的元素值
selected[i] = True
state.append(choice)
# 进行下一轮选择
backtrack(state, choices, selected, res)
# 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
selected[i] = False
state.pop()
```java title="permutations_ii.java"
/* 回溯算法:全排列 II */
void backtrack(List<Integer> state, int[] choices, boolean[] selected, List<List<Integer>> res) {
// 当状态长度等于元素数量时,记录解
if (state.size() == choices.length) {
res.add(new ArrayList<Integer>(state));
return;
}
// 遍历所有选择
Set<Integer> duplicated = new HashSet<Integer>();
for (int i = 0; i < choices.length; i++) {
int choice = choices[i];
// 剪枝:不允许重复选择元素 且 不允许重复选择相等元素
if (!selected[i] && !duplicated.contains(choice)) {
// 尝试:做出选择,更新状态
duplicated.add(choice); // 记录选择过的元素值
selected[i] = true;
state.add(choice);
// 进行下一轮选择
backtrack(state, choices, selected, res);
// 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
selected[i] = false;
state.remove(state.size() - 1);
}
}
}
def permutations_ii(nums: list[int]) -> list[list[int]]:
"""全排列 II"""
res = []
backtrack(state=[], choices=nums, selected=[False] * len(nums), res=res)
return res
/* 全排列 II */
List<List<Integer>> permutationsII(int[] nums) {
List<List<Integer>> res = new ArrayList<List<Integer>>();
backtrack(new ArrayList<Integer>(), nums, new boolean[nums.length], res);
return res;
}
```
=== "C#"
```csharp title="permutations_ii.cs"
/* 回溯算法:全排列 II */
void backtrack(List<int> state, int[] choices, bool[] selected, List<List<int>> res) {
// 当状态长度等于元素数量时,记录解
if (state.Count == choices.Length) {
res.Add(new List<int>(state));
return;
}
// 遍历所有选择
ISet<int> duplicated = new HashSet<int>();
for (int i = 0; i < choices.Length; i++) {
int choice = choices[i];
// 剪枝:不允许重复选择元素 且 不允许重复选择相等元素
if (!selected[i] && !duplicated.Contains(choice)) {
// 尝试:做出选择,更新状态
duplicated.Add(choice); // 记录选择过的元素值
selected[i] = true;
state.Add(choice);
// 进行下一轮选择
backtrack(state, choices, selected, res);
// 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
selected[i] = false;
state.RemoveAt(state.Count - 1);
}
}
}
/* 全排列 II */
List<List<int>> permutationsII(int[] nums) {
List<List<int>> res = new List<List<int>>();
backtrack(new List<int>(), nums, new bool[nums.Length], res);
return res;
}
```
=== "Go"
@@ -654,6 +691,44 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="permutations_ii.swift"
/* 回溯算法:全排列 II */
func backtrack(state: inout [Int], choices: [Int], selected: inout [Bool], res: inout [[Int]]) {
// 当状态长度等于元素数量时,记录解
if state.count == choices.count {
res.append(state)
return
}
// 遍历所有选择
var duplicated: Set<Int> = []
for (i, choice) in choices.enumerated() {
// 剪枝:不允许重复选择元素 且 不允许重复选择相等元素
if !selected[i], !duplicated.contains(choice) {
// 尝试:做出选择,更新状态
duplicated.insert(choice) // 记录选择过的元素值
selected[i] = true
state.append(choice)
// 进行下一轮选择
backtrack(state: &state, choices: choices, selected: &selected, res: &res)
// 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
selected[i] = false
state.removeLast()
}
}
}
/* 全排列 II */
func permutationsII(nums: [Int]) -> [[Int]] {
var state: [Int] = []
var selected = Array(repeating: false, count: nums.count)
var res: [[Int]] = []
backtrack(state: &state, choices: nums, selected: &selected, res: &res)
return res
}
```
=== "JS"
```javascript title="permutations_ii.js"
@@ -731,97 +806,6 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="permutations_ii.c"
[class]{}-[func]{backtrack}
[class]{}-[func]{permutationsII}
```
=== "C#"
```csharp title="permutations_ii.cs"
/* 回溯算法:全排列 II */
void backtrack(List<int> state, int[] choices, bool[] selected, List<List<int>> res) {
// 当状态长度等于元素数量时,记录解
if (state.Count == choices.Length) {
res.Add(new List<int>(state));
return;
}
// 遍历所有选择
ISet<int> duplicated = new HashSet<int>();
for (int i = 0; i < choices.Length; i++) {
int choice = choices[i];
// 剪枝:不允许重复选择元素 且 不允许重复选择相等元素
if (!selected[i] && !duplicated.Contains(choice)) {
// 尝试:做出选择,更新状态
duplicated.Add(choice); // 记录选择过的元素值
selected[i] = true;
state.Add(choice);
// 进行下一轮选择
backtrack(state, choices, selected, res);
// 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
selected[i] = false;
state.RemoveAt(state.Count - 1);
}
}
}
/* 全排列 II */
List<List<int>> permutationsII(int[] nums) {
List<List<int>> res = new List<List<int>>();
backtrack(new List<int>(), nums, new bool[nums.Length], res);
return res;
}
```
=== "Swift"
```swift title="permutations_ii.swift"
/* 回溯算法:全排列 II */
func backtrack(state: inout [Int], choices: [Int], selected: inout [Bool], res: inout [[Int]]) {
// 当状态长度等于元素数量时,记录解
if state.count == choices.count {
res.append(state)
return
}
// 遍历所有选择
var duplicated: Set<Int> = []
for (i, choice) in choices.enumerated() {
// 剪枝:不允许重复选择元素 且 不允许重复选择相等元素
if !selected[i], !duplicated.contains(choice) {
// 尝试:做出选择,更新状态
duplicated.insert(choice) // 记录选择过的元素值
selected[i] = true
state.append(choice)
// 进行下一轮选择
backtrack(state: &state, choices: choices, selected: &selected, res: &res)
// 回退:撤销选择,恢复到之前的状态
selected[i] = false
state.removeLast()
}
}
}
/* 全排列 II */
func permutationsII(nums: [Int]) -> [[Int]] {
var state: [Int] = []
var selected = Array(repeating: false, count: nums.count)
var res: [[Int]] = []
backtrack(state: &state, choices: nums, selected: &selected, res: &res)
return res
}
```
=== "Zig"
```zig title="permutations_ii.zig"
[class]{}-[func]{backtrack}
[class]{}-[func]{permutationsII}
```
=== "Dart"
```dart title="permutations_ii.dart"
@@ -901,6 +885,22 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="permutations_ii.c"
[class]{}-[func]{backtrack}
[class]{}-[func]{permutationsII}
```
=== "Zig"
```zig title="permutations_ii.zig"
[class]{}-[func]{backtrack}
[class]{}-[func]{permutationsII}
```
假设元素两两之间互不相同,则 $n$ 个元素共有 $n!$ 种排列(阶乘);在记录结果时,需要复制长度为 $n$ 的列表,使用 $O(n)$ 时间。**因此时间复杂度为 $O(n!n)$** 。
最大递归深度为 $n$ ,使用 $O(n)$ 栈帧空间。`selected` 使用 $O(n)$ 空间。同一时刻最多共有 $n$ 个 `duplicated` ,使用 $O(n^2)$ 空间。**因此空间复杂度为 $O(n^2)$** 。

File diff suppressed because it is too large Load Diff

File diff suppressed because it is too large Load Diff

File diff suppressed because it is too large Load Diff

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@@ -51,26 +51,6 @@ comments: true
换句话说,**基本数据类型提供了数据的“内容类型”,而数据结构提供了数据的“组织方式”**。例如以下代码,我们用相同的数据结构(数组)来存储与表示不同的基本数据类型,包括 `int``float``char``bool` 等。
=== "Java"
```java title=""
// 使用多种基本数据类型来初始化数组
int[] numbers = new int[5];
float[] decimals = new float[5];
char[] characters = new char[5];
boolean[] bools = new boolean[5];
```
=== "C++"
```cpp title=""
// 使用多种基本数据类型来初始化数组
int numbers[5];
float decimals[5];
char characters[5];
bool bools[5];
```
=== "Python"
```python title=""
@@ -84,6 +64,36 @@ comments: true
data = [0, 0.0, 'a', False, ListNode(0)]
```
=== "C++"
```cpp title=""
// 使用多种基本数据类型来初始化数组
int numbers[5];
float decimals[5];
char characters[5];
bool bools[5];
```
=== "Java"
```java title=""
// 使用多种基本数据类型来初始化数组
int[] numbers = new int[5];
float[] decimals = new float[5];
char[] characters = new char[5];
boolean[] bools = new boolean[5];
```
=== "C#"
```csharp title=""
// 使用多种基本数据类型来初始化数组
int[] numbers = new int[5];
float[] decimals = new float[5];
char[] characters = new char[5];
bool[] bools = new bool[5];
```
=== "Go"
```go title=""
@@ -94,6 +104,16 @@ comments: true
var bools = [5]bool{}
```
=== "Swift"
```swift title=""
// 使用多种基本数据类型来初始化数组
let numbers = Array(repeating: Int(), count: 5)
let decimals = Array(repeating: Double(), count: 5)
let characters = Array(repeating: Character("a"), count: 5)
let bools = Array(repeating: Bool(), count: 5)
```
=== "JS"
```javascript title=""
@@ -110,42 +130,6 @@ comments: true
const bools: boolean[] = [];
```
=== "C"
```c title=""
// 使用多种基本数据类型来初始化数组
int numbers[10];
float decimals[10];
char characters[10];
bool bools[10];
```
=== "C#"
```csharp title=""
// 使用多种基本数据类型来初始化数组
int[] numbers = new int[5];
float[] decimals = new float[5];
char[] characters = new char[5];
bool[] bools = new bool[5];
```
=== "Swift"
```swift title=""
// 使用多种基本数据类型来初始化数组
let numbers = Array(repeating: Int(), count: 5)
let decimals = Array(repeating: Double(), count: 5)
let characters = Array(repeating: Character("a"), count: 5)
let bools = Array(repeating: Bool(), count: 5)
```
=== "Zig"
```zig title=""
```
=== "Dart"
```dart title=""
@@ -161,3 +145,19 @@ comments: true
```rust title=""
```
=== "C"
```c title=""
// 使用多种基本数据类型来初始化数组
int numbers[10];
float decimals[10];
char characters[10];
bool bools[10];
```
=== "Zig"
```zig title=""
```

View File

@@ -47,35 +47,31 @@ status: new
在实现代码中,我们声明一个递归函数 `dfs()` 来求解问题 $f(i, j)$ 。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="binary_search_recur.java"
/* 二分查找:问题 f(i, j) */
int dfs(int[] nums, int target, int i, int j) {
// 若区间为空,代表无目标元素,则返回 -1
if (i > j) {
return -1;
}
// 计算中点索引 m
int m = (i + j) / 2;
if (nums[m] < target) {
// 递归子问题 f(m+1, j)
return dfs(nums, target, m + 1, j);
} else if (nums[m] > target) {
// 递归子问题 f(i, m-1)
return dfs(nums, target, i, m - 1);
} else {
// 找到目标元素,返回其索引
return m;
}
}
```python title="binary_search_recur.py"
def dfs(nums: list[int], target: int, i: int, j: int) -> int:
"""二分查找:问题 f(i, j)"""
# 若区间为空,代表无目标元素,则返回 -1
if i > j:
return -1
# 计算中点索引 m
m = (i + j) // 2
if nums[m] < target:
# 递归子问题 f(m+1, j)
return dfs(nums, target, m + 1, j)
elif nums[m] > target:
# 递归子问题 f(i, m-1)
return dfs(nums, target, i, m - 1)
else:
# 找到目标元素,返回其索引
return m
/* 二分查找 */
int binarySearch(int[] nums, int target) {
int n = nums.length;
// 求解问题 f(0, n-1)
return dfs(nums, target, 0, n - 1);
}
def binary_search(nums: list[int], target: int) -> int:
"""二分查找"""
n = len(nums)
# 求解问题 f(0, n-1)
return dfs(nums, target, 0, n - 1)
```
=== "C++"
@@ -109,31 +105,66 @@ status: new
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="binary_search_recur.py"
def dfs(nums: list[int], target: int, i: int, j: int) -> int:
"""二分查找:问题 f(i, j)"""
# 若区间为空,代表无目标元素,则返回 -1
if i > j:
return -1
# 计算中点索引 m
m = (i + j) // 2
if nums[m] < target:
# 递归子问题 f(m+1, j)
return dfs(nums, target, m + 1, j)
elif nums[m] > target:
# 递归子问题 f(i, m-1)
return dfs(nums, target, i, m - 1)
else:
# 找到目标元素,返回其索引
return m
```java title="binary_search_recur.java"
/* 二分查找:问题 f(i, j) */
int dfs(int[] nums, int target, int i, int j) {
// 若区间为空,代表无目标元素,则返回 -1
if (i > j) {
return -1;
}
// 计算中点索引 m
int m = (i + j) / 2;
if (nums[m] < target) {
// 递归子问题 f(m+1, j)
return dfs(nums, target, m + 1, j);
} else if (nums[m] > target) {
// 递归子问题 f(i, m-1)
return dfs(nums, target, i, m - 1);
} else {
// 找到目标元素,返回其索引
return m;
}
}
def binary_search(nums: list[int], target: int) -> int:
"""二分查找"""
n = len(nums)
# 求解问题 f(0, n-1)
return dfs(nums, target, 0, n - 1)
/* 二分查找 */
int binarySearch(int[] nums, int target) {
int n = nums.length;
// 求解问题 f(0, n-1)
return dfs(nums, target, 0, n - 1);
}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_search_recur.cs"
/* 二分查找:问题 f(i, j) */
int dfs(int[] nums, int target, int i, int j) {
// 若区间为空,代表无目标元素,则返回 -1
if (i > j) {
return -1;
}
// 计算中点索引 m
int m = (i + j) / 2;
if (nums[m] < target) {
// 递归子问题 f(m+1, j)
return dfs(nums, target, m + 1, j);
} else if (nums[m] > target) {
// 递归子问题 f(i, m-1)
return dfs(nums, target, i, m - 1);
} else {
// 找到目标元素,返回其索引
return m;
}
}
/* 二分查找 */
int binarySearch(int[] nums, int target) {
int n = nums.Length;
// 求解问题 f(0, n-1)
return dfs(nums, target, 0, n - 1);
}
```
=== "Go"
@@ -169,6 +200,37 @@ status: new
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_search_recur.swift"
/* 二分查找:问题 f(i, j) */
func dfs(nums: [Int], target: Int, i: Int, j: Int) -> Int {
// 若区间为空,代表无目标元素,则返回 -1
if i > j {
return -1
}
// 计算中点索引 m
let m = (i + j) / 2
if nums[m] < target {
// 递归子问题 f(m+1, j)
return dfs(nums: nums, target: target, i: m + 1, j: j)
} else if nums[m] > target {
// 递归子问题 f(i, m-1)
return dfs(nums: nums, target: target, i: i, j: m - 1)
} else {
// 找到目标元素,返回其索引
return m
}
}
/* 二分查找 */
func binarySearch(nums: [Int], target: Int) -> Int {
let n = nums.count
// 求解问题 f(0, n-1)
return dfs(nums: nums, target: target, i: 0, j: n - 1)
}
```
=== "JS"
```javascript title="binary_search_recur.js"
@@ -231,84 +293,6 @@ status: new
}
```
=== "C"
```c title="binary_search_recur.c"
[class]{}-[func]{dfs}
[class]{}-[func]{binarySearch}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_search_recur.cs"
/* 二分查找:问题 f(i, j) */
int dfs(int[] nums, int target, int i, int j) {
// 若区间为空,代表无目标元素,则返回 -1
if (i > j) {
return -1;
}
// 计算中点索引 m
int m = (i + j) / 2;
if (nums[m] < target) {
// 递归子问题 f(m+1, j)
return dfs(nums, target, m + 1, j);
} else if (nums[m] > target) {
// 递归子问题 f(i, m-1)
return dfs(nums, target, i, m - 1);
} else {
// 找到目标元素,返回其索引
return m;
}
}
/* 二分查找 */
int binarySearch(int[] nums, int target) {
int n = nums.Length;
// 求解问题 f(0, n-1)
return dfs(nums, target, 0, n - 1);
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_search_recur.swift"
/* 二分查找:问题 f(i, j) */
func dfs(nums: [Int], target: Int, i: Int, j: Int) -> Int {
// 若区间为空,代表无目标元素,则返回 -1
if i > j {
return -1
}
// 计算中点索引 m
let m = (i + j) / 2
if nums[m] < target {
// 递归子问题 f(m+1, j)
return dfs(nums: nums, target: target, i: m + 1, j: j)
} else if nums[m] > target {
// 递归子问题 f(i, m-1)
return dfs(nums: nums, target: target, i: i, j: m - 1)
} else {
// 找到目标元素,返回其索引
return m
}
}
/* 二分查找 */
func binarySearch(nums: [Int], target: Int) -> Int {
let n = nums.count
// 求解问题 f(0, n-1)
return dfs(nums: nums, target: target, i: 0, j: n - 1)
}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_search_recur.zig"
[class]{}-[func]{dfs}
[class]{}-[func]{binarySearch}
```
=== "Dart"
```dart title="binary_search_recur.dart"
@@ -367,3 +351,19 @@ status: new
dfs(nums, target, 0, n - 1)
}
```
=== "C"
```c title="binary_search_recur.c"
[class]{}-[func]{dfs}
[class]{}-[func]{binarySearch}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_search_recur.zig"
[class]{}-[func]{dfs}
[class]{}-[func]{binarySearch}
```

View File

@@ -72,70 +72,6 @@ status: new
为了提升查询 $m$ 的效率,我们借助一个哈希表 `hmap` 来存储数组 `inorder` 中元素到索引的映射。
=== "Java"
```java title="build_tree.java"
/* 构建二叉树:分治 */
TreeNode dfs(int[] preorder, int[] inorder, Map<Integer, Integer> hmap, int i, int l, int r) {
// 子树区间为空时终止
if (r - l < 0)
return null;
// 初始化根节点
TreeNode root = new TreeNode(preorder[i]);
// 查询 m ,从而划分左右子树
int m = hmap.get(preorder[i]);
// 子问题:构建左子树
root.left = dfs(preorder, inorder, hmap, i + 1, l, m - 1);
// 子问题:构建右子树
root.right = dfs(preorder, inorder, hmap, i + 1 + m - l, m + 1, r);
// 返回根节点
return root;
}
/* 构建二叉树 */
TreeNode buildTree(int[] preorder, int[] inorder) {
// 初始化哈希表,存储 inorder 元素到索引的映射
Map<Integer, Integer> hmap = new HashMap<>();
for (int i = 0; i < inorder.length; i++) {
hmap.put(inorder[i], i);
}
TreeNode root = dfs(preorder, inorder, hmap, 0, 0, inorder.length - 1);
return root;
}
```
=== "C++"
```cpp title="build_tree.cpp"
/* 构建二叉树:分治 */
TreeNode *dfs(vector<int> &preorder, vector<int> &inorder, unordered_map<int, int> &hmap, int i, int l, int r) {
// 子树区间为空时终止
if (r - l < 0)
return NULL;
// 初始化根节点
TreeNode *root = new TreeNode(preorder[i]);
// 查询 m ,从而划分左右子树
int m = hmap[preorder[i]];
// 子问题:构建左子树
root->left = dfs(preorder, inorder, hmap, i + 1, l, m - 1);
// 子问题:构建右子树
root->right = dfs(preorder, inorder, hmap, i + 1 + m - l, m + 1, r);
// 返回根节点
return root;
}
/* 构建二叉树 */
TreeNode *buildTree(vector<int> &preorder, vector<int> &inorder) {
// 初始化哈希表,存储 inorder 元素到索引的映射
unordered_map<int, int> hmap;
for (int i = 0; i < inorder.size(); i++) {
hmap[inorder[i]] = i;
}
TreeNode *root = dfs(preorder, inorder, hmap, 0, 0, inorder.size() - 1);
return root;
}
```
=== "Python"
```python title="build_tree.py"
@@ -170,6 +106,102 @@ status: new
return root
```
=== "C++"
```cpp title="build_tree.cpp"
/* 构建二叉树:分治 */
TreeNode *dfs(vector<int> &preorder, vector<int> &inorder, unordered_map<int, int> &hmap, int i, int l, int r) {
// 子树区间为空时终止
if (r - l < 0)
return NULL;
// 初始化根节点
TreeNode *root = new TreeNode(preorder[i]);
// 查询 m ,从而划分左右子树
int m = hmap[preorder[i]];
// 子问题:构建左子树
root->left = dfs(preorder, inorder, hmap, i + 1, l, m - 1);
// 子问题:构建右子树
root->right = dfs(preorder, inorder, hmap, i + 1 + m - l, m + 1, r);
// 返回根节点
return root;
}
/* 构建二叉树 */
TreeNode *buildTree(vector<int> &preorder, vector<int> &inorder) {
// 初始化哈希表,存储 inorder 元素到索引的映射
unordered_map<int, int> hmap;
for (int i = 0; i < inorder.size(); i++) {
hmap[inorder[i]] = i;
}
TreeNode *root = dfs(preorder, inorder, hmap, 0, 0, inorder.size() - 1);
return root;
}
```
=== "Java"
```java title="build_tree.java"
/* 构建二叉树:分治 */
TreeNode dfs(int[] preorder, int[] inorder, Map<Integer, Integer> hmap, int i, int l, int r) {
// 子树区间为空时终止
if (r - l < 0)
return null;
// 初始化根节点
TreeNode root = new TreeNode(preorder[i]);
// 查询 m ,从而划分左右子树
int m = hmap.get(preorder[i]);
// 子问题:构建左子树
root.left = dfs(preorder, inorder, hmap, i + 1, l, m - 1);
// 子问题:构建右子树
root.right = dfs(preorder, inorder, hmap, i + 1 + m - l, m + 1, r);
// 返回根节点
return root;
}
/* 构建二叉树 */
TreeNode buildTree(int[] preorder, int[] inorder) {
// 初始化哈希表,存储 inorder 元素到索引的映射
Map<Integer, Integer> hmap = new HashMap<>();
for (int i = 0; i < inorder.length; i++) {
hmap.put(inorder[i], i);
}
TreeNode root = dfs(preorder, inorder, hmap, 0, 0, inorder.length - 1);
return root;
}
```
=== "C#"
```csharp title="build_tree.cs"
/* 构建二叉树:分治 */
TreeNode dfs(int[] preorder, int[] inorder, Dictionary<int, int> hmap, int i, int l, int r) {
// 子树区间为空时终止
if (r - l < 0)
return null;
// 初始化根节点
TreeNode root = new TreeNode(preorder[i]);
// 查询 m ,从而划分左右子树
int m = hmap[preorder[i]];
// 子问题:构建左子树
root.left = dfs(preorder, inorder, hmap, i + 1, l, m - 1);
// 子问题:构建右子树
root.right = dfs(preorder, inorder, hmap, i + 1 + m - l, m + 1, r);
// 返回根节点
return root;
}
/* 构建二叉树 */
TreeNode buildTree(int[] preorder, int[] inorder) {
// 初始化哈希表,存储 inorder 元素到索引的映射
Dictionary<int, int> hmap = new Dictionary<int, int>();
for (int i = 0; i < inorder.Length; i++) {
hmap.TryAdd(inorder[i], i);
}
TreeNode root = dfs(preorder, inorder, hmap, 0, 0, inorder.Length - 1);
return root;
}
```
=== "Go"
```go title="build_tree.go"
@@ -204,6 +236,35 @@ status: new
}
```
=== "Swift"
```swift title="build_tree.swift"
/* 构建二叉树:分治 */
func dfs(preorder: [Int], inorder: [Int], hmap: [Int: Int], i: Int, l: Int, r: Int) -> TreeNode? {
// 子树区间为空时终止
if r - l < 0 {
return nil
}
// 初始化根节点
let root = TreeNode(x: preorder[i])
// 查询 m ,从而划分左右子树
let m = hmap[preorder[i]]!
// 子问题:构建左子树
root.left = dfs(preorder: preorder, inorder: inorder, hmap: hmap, i: i + 1, l: l, r: m - 1)
// 子问题:构建右子树
root.right = dfs(preorder: preorder, inorder: inorder, hmap: hmap, i: i + 1 + m - l, l: m + 1, r: r)
// 返回根节点
return root
}
/* 构建二叉树 */
func buildTree(preorder: [Int], inorder: [Int]) -> TreeNode? {
// 初始化哈希表,存储 inorder 元素到索引的映射
let hmap = inorder.enumerated().reduce(into: [:]) { $0[$1.element] = $1.offset }
return dfs(preorder: preorder, inorder: inorder, hmap: hmap, i: 0, l: 0, r: inorder.count - 1)
}
```
=== "JS"
```javascript title="build_tree.js"
@@ -273,83 +334,6 @@ status: new
}
```
=== "C"
```c title="build_tree.c"
[class]{}-[func]{dfs}
[class]{}-[func]{buildTree}
```
=== "C#"
```csharp title="build_tree.cs"
/* 构建二叉树:分治 */
TreeNode dfs(int[] preorder, int[] inorder, Dictionary<int, int> hmap, int i, int l, int r) {
// 子树区间为空时终止
if (r - l < 0)
return null;
// 初始化根节点
TreeNode root = new TreeNode(preorder[i]);
// 查询 m ,从而划分左右子树
int m = hmap[preorder[i]];
// 子问题:构建左子树
root.left = dfs(preorder, inorder, hmap, i + 1, l, m - 1);
// 子问题:构建右子树
root.right = dfs(preorder, inorder, hmap, i + 1 + m - l, m + 1, r);
// 返回根节点
return root;
}
/* 构建二叉树 */
TreeNode buildTree(int[] preorder, int[] inorder) {
// 初始化哈希表,存储 inorder 元素到索引的映射
Dictionary<int, int> hmap = new Dictionary<int, int>();
for (int i = 0; i < inorder.Length; i++) {
hmap.TryAdd(inorder[i], i);
}
TreeNode root = dfs(preorder, inorder, hmap, 0, 0, inorder.Length - 1);
return root;
}
```
=== "Swift"
```swift title="build_tree.swift"
/* 构建二叉树:分治 */
func dfs(preorder: [Int], inorder: [Int], hmap: [Int: Int], i: Int, l: Int, r: Int) -> TreeNode? {
// 子树区间为空时终止
if r - l < 0 {
return nil
}
// 初始化根节点
let root = TreeNode(x: preorder[i])
// 查询 m ,从而划分左右子树
let m = hmap[preorder[i]]!
// 子问题:构建左子树
root.left = dfs(preorder: preorder, inorder: inorder, hmap: hmap, i: i + 1, l: l, r: m - 1)
// 子问题:构建右子树
root.right = dfs(preorder: preorder, inorder: inorder, hmap: hmap, i: i + 1 + m - l, l: m + 1, r: r)
// 返回根节点
return root
}
/* 构建二叉树 */
func buildTree(preorder: [Int], inorder: [Int]) -> TreeNode? {
// 初始化哈希表,存储 inorder 元素到索引的映射
let hmap = inorder.enumerated().reduce(into: [:]) { $0[$1.element] = $1.offset }
return dfs(preorder: preorder, inorder: inorder, hmap: hmap, i: 0, l: 0, r: inorder.count - 1)
}
```
=== "Zig"
```zig title="build_tree.zig"
[class]{}-[func]{dfs}
[class]{}-[func]{buildTree}
```
=== "Dart"
```dart title="build_tree.dart"
@@ -421,6 +405,22 @@ status: new
}
```
=== "C"
```c title="build_tree.c"
[class]{}-[func]{dfs}
[class]{}-[func]{buildTree}
```
=== "Zig"
```zig title="build_tree.zig"
[class]{}-[func]{dfs}
[class]{}-[func]{buildTree}
```
图 12-8 展示了构建二叉树的递归过程,各个节点是在向下“递”的过程中建立的,而各条边(即引用)是在向上“归”的过程中建立的。
=== "<1>"

View File

@@ -97,38 +97,34 @@ status: new
在代码中,我们声明一个递归函数 `dfs(i, src, buf, tar)` ,它的作用是将柱 `src` 顶部的 $i$ 个圆盘借助缓冲柱 `buf` 移动至目标柱 `tar`
=== "Java"
=== "Python"
```java title="hanota.java"
/* 移动一个圆盘 */
void move(List<Integer> src, List<Integer> tar) {
// 从 src 顶部拿出一个圆盘
Integer pan = src.remove(src.size() - 1);
// 将圆盘放入 tar 顶部
tar.add(pan);
}
```python title="hanota.py"
def move(src: list[int], tar: list[int]):
"""移动一个圆盘"""
# 从 src 顶部拿出一个圆盘
pan = src.pop()
# 将圆盘放入 tar 顶部
tar.append(pan)
/* 求解汉诺塔:问题 f(i) */
void dfs(int i, List<Integer> src, List<Integer> buf, List<Integer> tar) {
// 若 src 只剩下一个圆盘,则直接将其移到 tar
if (i == 1) {
move(src, tar);
return;
}
// 子问题 f(i-1) :将 src 顶部 i-1 个圆盘借助 tar 移到 buf
dfs(i - 1, src, tar, buf);
// 子问题 f(1) :将 src 剩余一个圆盘移到 tar
move(src, tar);
// 子问题 f(i-1) :将 buf 顶部 i-1 个圆盘借助 src 移到 tar
dfs(i - 1, buf, src, tar);
}
def dfs(i: int, src: list[int], buf: list[int], tar: list[int]):
"""求解汉诺塔:问题 f(i)"""
# 若 src 只剩下一个圆盘,则直接将其移到 tar
if i == 1:
move(src, tar)
return
# 子问题 f(i-1) :将 src 顶部 i-1 个圆盘借助 tar 移到 buf
dfs(i - 1, src, tar, buf)
# 子问题 f(1) :将 src 剩余一个圆盘移到 tar
move(src, tar)
# 子问题 f(i-1) :将 buf 顶部 i-1 个圆盘借助 src 移到 tar
dfs(i - 1, buf, src, tar)
/* 求解汉诺塔 */
void solveHanota(List<Integer> A, List<Integer> B, List<Integer> C) {
int n = A.size();
// 将 A 顶部 n 个圆盘借助 B 移到 C
dfs(n, A, B, C);
}
def solve_hanota(A: list[int], B: list[int], C: list[int]):
"""求解汉诺塔"""
n = len(A)
# 将 A 顶部 n 个圆盘借助 B 移到 C
dfs(n, A, B, C)
```
=== "C++"
@@ -166,34 +162,73 @@ status: new
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="hanota.py"
def move(src: list[int], tar: list[int]):
"""移动一个圆盘"""
# 从 src 顶部拿出一个圆盘
pan = src.pop()
# 将圆盘放入 tar 顶部
tar.append(pan)
```java title="hanota.java"
/* 移动一个圆盘 */
void move(List<Integer> src, List<Integer> tar) {
// 从 src 顶部拿出一个圆盘
Integer pan = src.remove(src.size() - 1);
// 将圆盘放入 tar 顶部
tar.add(pan);
}
def dfs(i: int, src: list[int], buf: list[int], tar: list[int]):
"""求解汉诺塔:问题 f(i)"""
# 若 src 只剩下一个圆盘,则直接将其移到 tar
if i == 1:
move(src, tar)
return
# 子问题 f(i-1) :将 src 顶部 i-1 个圆盘借助 tar 移到 buf
dfs(i - 1, src, tar, buf)
# 子问题 f(1) :将 src 剩余一个圆盘移到 tar
move(src, tar)
# 子问题 f(i-1) :将 buf 顶部 i-1 个圆盘借助 src 移到 tar
dfs(i - 1, buf, src, tar)
/* 求解汉诺塔:问题 f(i) */
void dfs(int i, List<Integer> src, List<Integer> buf, List<Integer> tar) {
// 若 src 只剩下一个圆盘,则直接将其移到 tar
if (i == 1) {
move(src, tar);
return;
}
// 子问题 f(i-1) :将 src 顶部 i-1 个圆盘借助 tar 移到 buf
dfs(i - 1, src, tar, buf);
// 子问题 f(1) :将 src 剩余一个圆盘移到 tar
move(src, tar);
// 子问题 f(i-1) :将 buf 顶部 i-1 个圆盘借助 src 移到 tar
dfs(i - 1, buf, src, tar);
}
def solve_hanota(A: list[int], B: list[int], C: list[int]):
"""求解汉诺塔"""
n = len(A)
# 将 A 顶部 n 个圆盘借助 B 移到 C
dfs(n, A, B, C)
/* 求解汉诺塔 */
void solveHanota(List<Integer> A, List<Integer> B, List<Integer> C) {
int n = A.size();
// 将 A 顶部 n 个圆盘借助 B 移到 C
dfs(n, A, B, C);
}
```
=== "C#"
```csharp title="hanota.cs"
/* 移动一个圆盘 */
void move(List<int> src, List<int> tar) {
// 从 src 顶部拿出一个圆盘
int pan = src[^1];
src.RemoveAt(src.Count - 1);
// 将圆盘放入 tar 顶部
tar.Add(pan);
}
/* 求解汉诺塔:问题 f(i) */
void dfs(int i, List<int> src, List<int> buf, List<int> tar) {
// 若 src 只剩下一个圆盘,则直接将其移到 tar
if (i == 1) {
move(src, tar);
return;
}
// 子问题 f(i-1) :将 src 顶部 i-1 个圆盘借助 tar 移到 buf
dfs(i - 1, src, tar, buf);
// 子问题 f(1) :将 src 剩余一个圆盘移到 tar
move(src, tar);
// 子问题 f(i-1) :将 buf 顶部 i-1 个圆盘借助 src 移到 tar
dfs(i - 1, buf, src, tar);
}
/* 求解汉诺塔 */
void solveHanota(List<int> A, List<int> B, List<int> C) {
int n = A.Count;
// 将 A 顶部 n 个圆盘借助 B 移到 C
dfs(n, A, B, C);
}
```
=== "Go"
@@ -232,6 +267,41 @@ status: new
}
```
=== "Swift"
```swift title="hanota.swift"
/* 移动一个圆盘 */
func move(src: inout [Int], tar: inout [Int]) {
// 从 src 顶部拿出一个圆盘
let pan = src.popLast()!
// 将圆盘放入 tar 顶部
tar.append(pan)
}
/* 求解汉诺塔:问题 f(i) */
func dfs(i: Int, src: inout [Int], buf: inout [Int], tar: inout [Int]) {
// 若 src 只剩下一个圆盘,则直接将其移到 tar
if i == 1 {
move(src: &src, tar: &tar)
return
}
// 子问题 f(i-1) :将 src 顶部 i-1 个圆盘借助 tar 移到 buf
dfs(i: i - 1, src: &src, buf: &tar, tar: &buf)
// 子问题 f(1) :将 src 剩余一个圆盘移到 tar
move(src: &src, tar: &tar)
// 子问题 f(i-1) :将 buf 顶部 i-1 个圆盘借助 src 移到 tar
dfs(i: i - 1, src: &buf, buf: &src, tar: &tar)
}
/* 求解汉诺塔 */
func solveHanota(A: inout [Int], B: inout [Int], C: inout [Int]) {
let n = A.count
// 列表尾部是柱子顶部
// 将 src 顶部 n 个圆盘借助 B 移到 C
dfs(i: n, src: &A, buf: &B, tar: &C)
}
```
=== "JS"
```javascript title="hanota.js"
@@ -300,96 +370,6 @@ status: new
}
```
=== "C"
```c title="hanota.c"
[class]{}-[func]{move}
[class]{}-[func]{dfs}
[class]{}-[func]{solveHanota}
```
=== "C#"
```csharp title="hanota.cs"
/* 移动一个圆盘 */
void move(List<int> src, List<int> tar) {
// 从 src 顶部拿出一个圆盘
int pan = src[^1];
src.RemoveAt(src.Count - 1);
// 将圆盘放入 tar 顶部
tar.Add(pan);
}
/* 求解汉诺塔:问题 f(i) */
void dfs(int i, List<int> src, List<int> buf, List<int> tar) {
// 若 src 只剩下一个圆盘,则直接将其移到 tar
if (i == 1) {
move(src, tar);
return;
}
// 子问题 f(i-1) :将 src 顶部 i-1 个圆盘借助 tar 移到 buf
dfs(i - 1, src, tar, buf);
// 子问题 f(1) :将 src 剩余一个圆盘移到 tar
move(src, tar);
// 子问题 f(i-1) :将 buf 顶部 i-1 个圆盘借助 src 移到 tar
dfs(i - 1, buf, src, tar);
}
/* 求解汉诺塔 */
void solveHanota(List<int> A, List<int> B, List<int> C) {
int n = A.Count;
// 将 A 顶部 n 个圆盘借助 B 移到 C
dfs(n, A, B, C);
}
```
=== "Swift"
```swift title="hanota.swift"
/* 移动一个圆盘 */
func move(src: inout [Int], tar: inout [Int]) {
// 从 src 顶部拿出一个圆盘
let pan = src.popLast()!
// 将圆盘放入 tar 顶部
tar.append(pan)
}
/* 求解汉诺塔:问题 f(i) */
func dfs(i: Int, src: inout [Int], buf: inout [Int], tar: inout [Int]) {
// 若 src 只剩下一个圆盘,则直接将其移到 tar
if i == 1 {
move(src: &src, tar: &tar)
return
}
// 子问题 f(i-1) :将 src 顶部 i-1 个圆盘借助 tar 移到 buf
dfs(i: i - 1, src: &src, buf: &tar, tar: &buf)
// 子问题 f(1) :将 src 剩余一个圆盘移到 tar
move(src: &src, tar: &tar)
// 子问题 f(i-1) :将 buf 顶部 i-1 个圆盘借助 src 移到 tar
dfs(i: i - 1, src: &buf, buf: &src, tar: &tar)
}
/* 求解汉诺塔 */
func solveHanota(A: inout [Int], B: inout [Int], C: inout [Int]) {
let n = A.count
// 列表尾部是柱子顶部
// 将 src 顶部 n 个圆盘借助 B 移到 C
dfs(i: n, src: &A, buf: &B, tar: &C)
}
```
=== "Zig"
```zig title="hanota.zig"
[class]{}-[func]{move}
[class]{}-[func]{dfs}
[class]{}-[func]{solveHanota}
```
=== "Dart"
```dart title="hanota.dart"
@@ -458,6 +438,26 @@ status: new
}
```
=== "C"
```c title="hanota.c"
[class]{}-[func]{move}
[class]{}-[func]{dfs}
[class]{}-[func]{solveHanota}
```
=== "Zig"
```zig title="hanota.zig"
[class]{}-[func]{move}
[class]{}-[func]{dfs}
[class]{}-[func]{solveHanota}
```
如图 12-15 所示,汉诺塔问题形成一个高度为 $n$ 的递归树,每个节点代表一个子问题、对应一个开启的 `dfs()` 函数,**因此时间复杂度为 $O(2^n)$ ,空间复杂度为 $O(n)$** 。
![汉诺塔问题的递归树](hanota_problem.assets/hanota_recursive_tree.png)

View File

@@ -41,25 +41,22 @@ $$
根据状态转移方程,以及初始状态 $dp[1] = cost[1]$ 和 $dp[2] = cost[2]$ ,我们就可以得到动态规划代码。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="min_cost_climbing_stairs_dp.java"
/* 爬楼梯最小代价:动态规划 */
int minCostClimbingStairsDP(int[] cost) {
int n = cost.length - 1;
if (n == 1 || n == 2)
return cost[n];
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
int[] dp = new int[n + 1];
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1] = cost[1];
dp[2] = cost[2];
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (int i = 3; i <= n; i++) {
dp[i] = Math.min(dp[i - 1], dp[i - 2]) + cost[i];
}
return dp[n];
}
```python title="min_cost_climbing_stairs_dp.py"
def min_cost_climbing_stairs_dp(cost: list[int]) -> int:
"""爬楼梯最小代价:动态规划"""
n = len(cost) - 1
if n == 1 or n == 2:
return cost[n]
# 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
dp = [0] * (n + 1)
# 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1], dp[2] = cost[1], cost[2]
# 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for i in range(3, n + 1):
dp[i] = min(dp[i - 1], dp[i - 2]) + cost[i]
return dp[n]
```
=== "C++"
@@ -83,22 +80,46 @@ $$
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="min_cost_climbing_stairs_dp.py"
def min_cost_climbing_stairs_dp(cost: list[int]) -> int:
"""爬楼梯最小代价:动态规划"""
n = len(cost) - 1
if n == 1 or n == 2:
return cost[n]
# 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
dp = [0] * (n + 1)
# 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1], dp[2] = cost[1], cost[2]
# 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for i in range(3, n + 1):
dp[i] = min(dp[i - 1], dp[i - 2]) + cost[i]
return dp[n]
```java title="min_cost_climbing_stairs_dp.java"
/* 爬楼梯最小代价:动态规划 */
int minCostClimbingStairsDP(int[] cost) {
int n = cost.length - 1;
if (n == 1 || n == 2)
return cost[n];
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
int[] dp = new int[n + 1];
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1] = cost[1];
dp[2] = cost[2];
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (int i = 3; i <= n; i++) {
dp[i] = Math.min(dp[i - 1], dp[i - 2]) + cost[i];
}
return dp[n];
}
```
=== "C#"
```csharp title="min_cost_climbing_stairs_dp.cs"
/* 爬楼梯最小代价:动态规划 */
int minCostClimbingStairsDP(int[] cost) {
int n = cost.Length - 1;
if (n == 1 || n == 2)
return cost[n];
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
int[] dp = new int[n + 1];
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1] = cost[1];
dp[2] = cost[2];
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (int i = 3; i <= n; i++) {
dp[i] = Math.Min(dp[i - 1], dp[i - 2]) + cost[i];
}
return dp[n];
}
```
=== "Go"
@@ -123,6 +144,28 @@ $$
}
```
=== "Swift"
```swift title="min_cost_climbing_stairs_dp.swift"
/* 爬楼梯最小代价:动态规划 */
func minCostClimbingStairsDP(cost: [Int]) -> Int {
let n = cost.count - 1
if n == 1 || n == 2 {
return cost[n]
}
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
var dp = Array(repeating: 0, count: n + 1)
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1] = 1
dp[2] = 2
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for i in stride(from: 3, through: n, by: 1) {
dp[i] = min(dp[i - 1], dp[i - 2]) + cost[i]
}
return dp[n]
}
```
=== "JS"
```javascript title="min_cost_climbing_stairs_dp.js"
@@ -167,77 +210,6 @@ $$
}
```
=== "C"
```c title="min_cost_climbing_stairs_dp.c"
[class]{}-[func]{minCostClimbingStairsDP}
```
=== "C#"
```csharp title="min_cost_climbing_stairs_dp.cs"
/* 爬楼梯最小代价:动态规划 */
int minCostClimbingStairsDP(int[] cost) {
int n = cost.Length - 1;
if (n == 1 || n == 2)
return cost[n];
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
int[] dp = new int[n + 1];
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1] = cost[1];
dp[2] = cost[2];
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (int i = 3; i <= n; i++) {
dp[i] = Math.Min(dp[i - 1], dp[i - 2]) + cost[i];
}
return dp[n];
}
```
=== "Swift"
```swift title="min_cost_climbing_stairs_dp.swift"
/* 爬楼梯最小代价:动态规划 */
func minCostClimbingStairsDP(cost: [Int]) -> Int {
let n = cost.count - 1
if n == 1 || n == 2 {
return cost[n]
}
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
var dp = Array(repeating: 0, count: n + 1)
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1] = 1
dp[2] = 2
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for i in stride(from: 3, through: n, by: 1) {
dp[i] = min(dp[i - 1], dp[i - 2]) + cost[i]
}
return dp[n]
}
```
=== "Zig"
```zig title="min_cost_climbing_stairs_dp.zig"
// 爬楼梯最小代价:动态规划
fn minCostClimbingStairsDP(comptime cost: []i32) i32 {
comptime var n = cost.len - 1;
if (n == 1 or n == 2) {
return cost[n];
}
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
var dp = [_]i32{-1} ** (n + 1);
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1] = cost[1];
dp[2] = cost[2];
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (3..n + 1) |i| {
dp[i] = @min(dp[i - 1], dp[i - 2]) + cost[i];
}
return dp[n];
}
```
=== "Dart"
```dart title="min_cost_climbing_stairs_dp.dart"
@@ -278,6 +250,34 @@ $$
}
```
=== "C"
```c title="min_cost_climbing_stairs_dp.c"
[class]{}-[func]{minCostClimbingStairsDP}
```
=== "Zig"
```zig title="min_cost_climbing_stairs_dp.zig"
// 爬楼梯最小代价:动态规划
fn minCostClimbingStairsDP(comptime cost: []i32) i32 {
comptime var n = cost.len - 1;
if (n == 1 or n == 2) {
return cost[n];
}
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
var dp = [_]i32{-1} ** (n + 1);
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1] = cost[1];
dp[2] = cost[2];
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (3..n + 1) |i| {
dp[i] = @min(dp[i - 1], dp[i - 2]) + cost[i];
}
return dp[n];
}
```
图 14-7 展示了以上代码的动态规划过程。
![爬楼梯最小代价的动态规划过程](dp_problem_features.assets/min_cost_cs_dp.png)
@@ -286,22 +286,18 @@ $$
本题也可以进行空间优化,将一维压缩至零维,使得空间复杂度从 $O(n)$ 降低至 $O(1)$ 。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="min_cost_climbing_stairs_dp.java"
/* 爬楼梯最小代价:空间优化后的动态规划 */
int minCostClimbingStairsDPComp(int[] cost) {
int n = cost.length - 1;
if (n == 1 || n == 2)
return cost[n];
int a = cost[1], b = cost[2];
for (int i = 3; i <= n; i++) {
int tmp = b;
b = Math.min(a, tmp) + cost[i];
a = tmp;
}
return b;
}
```python title="min_cost_climbing_stairs_dp.py"
def min_cost_climbing_stairs_dp_comp(cost: list[int]) -> int:
"""爬楼梯最小代价:空间优化后的动态规划"""
n = len(cost) - 1
if n == 1 or n == 2:
return cost[n]
a, b = cost[1], cost[2]
for i in range(3, n + 1):
a, b = b, min(a, b) + cost[i]
return b
```
=== "C++"
@@ -322,18 +318,40 @@ $$
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="min_cost_climbing_stairs_dp.py"
def min_cost_climbing_stairs_dp_comp(cost: list[int]) -> int:
"""爬楼梯最小代价:空间优化后的动态规划"""
n = len(cost) - 1
if n == 1 or n == 2:
return cost[n]
a, b = cost[1], cost[2]
for i in range(3, n + 1):
a, b = b, min(a, b) + cost[i]
return b
```java title="min_cost_climbing_stairs_dp.java"
/* 爬楼梯最小代价:空间优化后的动态规划 */
int minCostClimbingStairsDPComp(int[] cost) {
int n = cost.length - 1;
if (n == 1 || n == 2)
return cost[n];
int a = cost[1], b = cost[2];
for (int i = 3; i <= n; i++) {
int tmp = b;
b = Math.min(a, tmp) + cost[i];
a = tmp;
}
return b;
}
```
=== "C#"
```csharp title="min_cost_climbing_stairs_dp.cs"
/* 爬楼梯最小代价:空间优化后的动态规划 */
int minCostClimbingStairsDPComp(int[] cost) {
int n = cost.Length - 1;
if (n == 1 || n == 2)
return cost[n];
int a = cost[1], b = cost[2];
for (int i = 3; i <= n; i++) {
int tmp = b;
b = Math.Min(a, tmp) + cost[i];
a = tmp;
}
return b;
}
```
=== "Go"
@@ -357,6 +375,23 @@ $$
}
```
=== "Swift"
```swift title="min_cost_climbing_stairs_dp.swift"
/* 爬楼梯最小代价:空间优化后的动态规划 */
func minCostClimbingStairsDPComp(cost: [Int]) -> Int {
let n = cost.count - 1
if n == 1 || n == 2 {
return cost[n]
}
var (a, b) = (cost[1], cost[2])
for i in stride(from: 3, through: n, by: 1) {
(a, b) = (b, min(a, b) + cost[i])
}
return b
}
```
=== "JS"
```javascript title="min_cost_climbing_stairs_dp.js"
@@ -397,68 +432,6 @@ $$
}
```
=== "C"
```c title="min_cost_climbing_stairs_dp.c"
[class]{}-[func]{minCostClimbingStairsDPComp}
```
=== "C#"
```csharp title="min_cost_climbing_stairs_dp.cs"
/* 爬楼梯最小代价:空间优化后的动态规划 */
int minCostClimbingStairsDPComp(int[] cost) {
int n = cost.Length - 1;
if (n == 1 || n == 2)
return cost[n];
int a = cost[1], b = cost[2];
for (int i = 3; i <= n; i++) {
int tmp = b;
b = Math.Min(a, tmp) + cost[i];
a = tmp;
}
return b;
}
```
=== "Swift"
```swift title="min_cost_climbing_stairs_dp.swift"
/* 爬楼梯最小代价:空间优化后的动态规划 */
func minCostClimbingStairsDPComp(cost: [Int]) -> Int {
let n = cost.count - 1
if n == 1 || n == 2 {
return cost[n]
}
var (a, b) = (cost[1], cost[2])
for i in stride(from: 3, through: n, by: 1) {
(a, b) = (b, min(a, b) + cost[i])
}
return b
}
```
=== "Zig"
```zig title="min_cost_climbing_stairs_dp.zig"
// 爬楼梯最小代价:空间优化后的动态规划
fn minCostClimbingStairsDPComp(cost: []i32) i32 {
var n = cost.len - 1;
if (n == 1 or n == 2) {
return cost[n];
}
var a = cost[1];
var b = cost[2];
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (3..n + 1) |i| {
var tmp = b;
b = @min(a, tmp) + cost[i];
a = tmp;
}
return b;
}
```
=== "Dart"
```dart title="min_cost_climbing_stairs_dp.dart"
@@ -493,6 +466,33 @@ $$
}
```
=== "C"
```c title="min_cost_climbing_stairs_dp.c"
[class]{}-[func]{minCostClimbingStairsDPComp}
```
=== "Zig"
```zig title="min_cost_climbing_stairs_dp.zig"
// 爬楼梯最小代价:空间优化后的动态规划
fn minCostClimbingStairsDPComp(cost: []i32) i32 {
var n = cost.len - 1;
if (n == 1 or n == 2) {
return cost[n];
}
var a = cost[1];
var b = cost[2];
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (3..n + 1) |i| {
var tmp = b;
b = @min(a, tmp) + cost[i];
a = tmp;
}
return b;
}
```
## 14.2.2 &nbsp; 无后效性
无后效性是动态规划能够有效解决问题的重要特性之一,定义为:**给定一个确定的状态,它的未来发展只与当前状态有关,而与当前状态过去所经历过的所有状态无关**。
@@ -535,28 +535,23 @@ $$
最终,返回 $dp[n, 1] + dp[n, 2]$ 即可,两者之和代表爬到第 $n$ 阶的方案总数。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="climbing_stairs_constraint_dp.java"
/* 带约束爬楼梯:动态规划 */
int climbingStairsConstraintDP(int n) {
if (n == 1 || n == 2) {
return 1;
}
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
int[][] dp = new int[n + 1][3];
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1][1] = 1;
dp[1][2] = 0;
dp[2][1] = 0;
dp[2][2] = 1;
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (int i = 3; i <= n; i++) {
dp[i][1] = dp[i - 1][2];
dp[i][2] = dp[i - 2][1] + dp[i - 2][2];
}
return dp[n][1] + dp[n][2];
}
```python title="climbing_stairs_constraint_dp.py"
def climbing_stairs_constraint_dp(n: int) -> int:
"""带约束爬楼梯:动态规划"""
if n == 1 or n == 2:
return 1
# 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
dp = [[0] * 3 for _ in range(n + 1)]
# 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1][1], dp[1][2] = 1, 0
dp[2][1], dp[2][2] = 0, 1
# 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for i in range(3, n + 1):
dp[i][1] = dp[i - 1][2]
dp[i][2] = dp[i - 2][1] + dp[i - 2][2]
return dp[n][1] + dp[n][2]
```
=== "C++"
@@ -583,23 +578,52 @@ $$
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="climbing_stairs_constraint_dp.py"
def climbing_stairs_constraint_dp(n: int) -> int:
"""带约束爬楼梯:动态规划"""
if n == 1 or n == 2:
return 1
# 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
dp = [[0] * 3 for _ in range(n + 1)]
# 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1][1], dp[1][2] = 1, 0
dp[2][1], dp[2][2] = 0, 1
# 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for i in range(3, n + 1):
dp[i][1] = dp[i - 1][2]
dp[i][2] = dp[i - 2][1] + dp[i - 2][2]
return dp[n][1] + dp[n][2]
```java title="climbing_stairs_constraint_dp.java"
/* 带约束爬楼梯:动态规划 */
int climbingStairsConstraintDP(int n) {
if (n == 1 || n == 2) {
return 1;
}
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
int[][] dp = new int[n + 1][3];
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1][1] = 1;
dp[1][2] = 0;
dp[2][1] = 0;
dp[2][2] = 1;
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (int i = 3; i <= n; i++) {
dp[i][1] = dp[i - 1][2];
dp[i][2] = dp[i - 2][1] + dp[i - 2][2];
}
return dp[n][1] + dp[n][2];
}
```
=== "C#"
```csharp title="climbing_stairs_constraint_dp.cs"
/* 带约束爬楼梯:动态规划 */
int climbingStairsConstraintDP(int n) {
if (n == 1 || n == 2) {
return 1;
}
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
int[,] dp = new int[n + 1, 3];
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1, 1] = 1;
dp[1, 2] = 0;
dp[2, 1] = 0;
dp[2, 2] = 1;
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (int i = 3; i <= n; i++) {
dp[i, 1] = dp[i - 1, 2];
dp[i, 2] = dp[i - 2, 1] + dp[i - 2, 2];
}
return dp[n, 1] + dp[n, 2];
}
```
=== "Go"
@@ -626,6 +650,30 @@ $$
}
```
=== "Swift"
```swift title="climbing_stairs_constraint_dp.swift"
/* 带约束爬楼梯:动态规划 */
func climbingStairsConstraintDP(n: Int) -> Int {
if n == 1 || n == 2 {
return 1
}
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
var dp = Array(repeating: Array(repeating: 0, count: 3), count: n + 1)
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1][1] = 1
dp[1][2] = 0
dp[2][1] = 0
dp[2][2] = 1
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for i in stride(from: 3, through: n, by: 1) {
dp[i][1] = dp[i - 1][2]
dp[i][2] = dp[i - 2][1] + dp[i - 2][2]
}
return dp[n][1] + dp[n][2]
}
```
=== "JS"
```javascript title="climbing_stairs_constraint_dp.js"
@@ -674,84 +722,6 @@ $$
}
```
=== "C"
```c title="climbing_stairs_constraint_dp.c"
[class]{}-[func]{climbingStairsConstraintDP}
```
=== "C#"
```csharp title="climbing_stairs_constraint_dp.cs"
/* 带约束爬楼梯:动态规划 */
int climbingStairsConstraintDP(int n) {
if (n == 1 || n == 2) {
return 1;
}
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
int[,] dp = new int[n + 1, 3];
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1, 1] = 1;
dp[1, 2] = 0;
dp[2, 1] = 0;
dp[2, 2] = 1;
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (int i = 3; i <= n; i++) {
dp[i, 1] = dp[i - 1, 2];
dp[i, 2] = dp[i - 2, 1] + dp[i - 2, 2];
}
return dp[n, 1] + dp[n, 2];
}
```
=== "Swift"
```swift title="climbing_stairs_constraint_dp.swift"
/* 带约束爬楼梯:动态规划 */
func climbingStairsConstraintDP(n: Int) -> Int {
if n == 1 || n == 2 {
return 1
}
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
var dp = Array(repeating: Array(repeating: 0, count: 3), count: n + 1)
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1][1] = 1
dp[1][2] = 0
dp[2][1] = 0
dp[2][2] = 1
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for i in stride(from: 3, through: n, by: 1) {
dp[i][1] = dp[i - 1][2]
dp[i][2] = dp[i - 2][1] + dp[i - 2][2]
}
return dp[n][1] + dp[n][2]
}
```
=== "Zig"
```zig title="climbing_stairs_constraint_dp.zig"
// 带约束爬楼梯:动态规划
fn climbingStairsConstraintDP(comptime n: usize) i32 {
if (n == 1 or n == 2) {
return 1;
}
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
var dp = [_][3]i32{ [_]i32{ -1, -1, -1 } } ** (n + 1);
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1][1] = 1;
dp[1][2] = 0;
dp[2][1] = 0;
dp[2][2] = 1;
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (3..n + 1) |i| {
dp[i][1] = dp[i - 1][2];
dp[i][2] = dp[i - 2][1] + dp[i - 2][2];
}
return dp[n][1] + dp[n][2];
}
```
=== "Dart"
```dart title="climbing_stairs_constraint_dp.dart"
@@ -798,6 +768,36 @@ $$
}
```
=== "C"
```c title="climbing_stairs_constraint_dp.c"
[class]{}-[func]{climbingStairsConstraintDP}
```
=== "Zig"
```zig title="climbing_stairs_constraint_dp.zig"
// 带约束爬楼梯:动态规划
fn climbingStairsConstraintDP(comptime n: usize) i32 {
if (n == 1 or n == 2) {
return 1;
}
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
var dp = [_][3]i32{ [_]i32{ -1, -1, -1 } } ** (n + 1);
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1][1] = 1;
dp[1][2] = 0;
dp[2][1] = 0;
dp[2][2] = 1;
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (3..n + 1) |i| {
dp[i][1] = dp[i - 1][2];
dp[i][2] = dp[i - 2][1] + dp[i - 2][2];
}
return dp[n][1] + dp[n][2];
}
```
在上面的案例中,由于仅需多考虑前面一个状态,我们仍然可以通过扩展状态定义,使得问题重新满足无后效性。然而,某些问题具有非常严重的“有后效性”。
!!! question "爬楼梯与障碍生成"

File diff suppressed because it is too large Load Diff

View File

@@ -78,34 +78,28 @@ $$
### 2. &nbsp; 代码实现
=== "Java"
=== "Python"
```java title="edit_distance.java"
/* 编辑距离:动态规划 */
int editDistanceDP(String s, String t) {
int n = s.length(), m = t.length();
int[][] dp = new int[n + 1][m + 1];
// 状态转移:首行首列
for (int i = 1; i <= n; i++) {
dp[i][0] = i;
}
for (int j = 1; j <= m; j++) {
dp[0][j] = j;
}
// 状态转移:其余行列
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int j = 1; j <= m; j++) {
if (s.charAt(i - 1) == t.charAt(j - 1)) {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[i][j] = Math.min(Math.min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;
}
}
}
return dp[n][m];
}
```python title="edit_distance.py"
def edit_distance_dp(s: str, t: str) -> int:
"""编辑距离:动态规划"""
n, m = len(s), len(t)
dp = [[0] * (m + 1) for _ in range(n + 1)]
# 状态转移:首行首列
for i in range(1, n + 1):
dp[i][0] = i
for j in range(1, m + 1):
dp[0][j] = j
# 状态转移:其余行列
for i in range(1, n + 1):
for j in range(1, m + 1):
if s[i - 1] == t[j - 1]:
# 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1]
else:
# 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[i][j] = min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - 1]) + 1
return dp[n][m]
```
=== "C++"
@@ -138,28 +132,64 @@ $$
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="edit_distance.py"
def edit_distance_dp(s: str, t: str) -> int:
"""编辑距离:动态规划"""
n, m = len(s), len(t)
dp = [[0] * (m + 1) for _ in range(n + 1)]
# 状态转移:首行首列
for i in range(1, n + 1):
dp[i][0] = i
for j in range(1, m + 1):
dp[0][j] = j
# 状态转移:其余行列
for i in range(1, n + 1):
for j in range(1, m + 1):
if s[i - 1] == t[j - 1]:
# 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1]
else:
# 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[i][j] = min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - 1]) + 1
return dp[n][m]
```java title="edit_distance.java"
/* 编辑距离:动态规划 */
int editDistanceDP(String s, String t) {
int n = s.length(), m = t.length();
int[][] dp = new int[n + 1][m + 1];
// 状态转移:首行首列
for (int i = 1; i <= n; i++) {
dp[i][0] = i;
}
for (int j = 1; j <= m; j++) {
dp[0][j] = j;
}
// 状态转移:其余行列
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int j = 1; j <= m; j++) {
if (s.charAt(i - 1) == t.charAt(j - 1)) {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[i][j] = Math.min(Math.min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;
}
}
}
return dp[n][m];
}
```
=== "C#"
```csharp title="edit_distance.cs"
/* 编辑距离:动态规划 */
int editDistanceDP(string s, string t) {
int n = s.Length, m = t.Length;
int[,] dp = new int[n + 1, m + 1];
// 状态转移:首行首列
for (int i = 1; i <= n; i++) {
dp[i, 0] = i;
}
for (int j = 1; j <= m; j++) {
dp[0, j] = j;
}
// 状态转移:其余行列
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int j = 1; j <= m; j++) {
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[i, j] = dp[i - 1, j - 1];
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[i, j] = Math.Min(Math.Min(dp[i, j - 1], dp[i - 1, j]), dp[i - 1, j - 1]) + 1;
}
}
}
return dp[n, m];
}
```
=== "Go"
@@ -196,6 +226,37 @@ $$
}
```
=== "Swift"
```swift title="edit_distance.swift"
/* 编辑距离:动态规划 */
func editDistanceDP(s: String, t: String) -> Int {
let n = s.utf8CString.count
let m = t.utf8CString.count
var dp = Array(repeating: Array(repeating: 0, count: m + 1), count: n + 1)
// 状态转移:首行首列
for i in stride(from: 1, through: n, by: 1) {
dp[i][0] = i
}
for j in stride(from: 1, through: m, by: 1) {
dp[0][j] = j
}
// 状态转移:其余行列
for i in stride(from: 1, through: n, by: 1) {
for j in stride(from: 1, through: m, by: 1) {
if s.utf8CString[i - 1] == t.utf8CString[j - 1] {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1]
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[i][j] = min(min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]), dp[i - 1][j - 1]) + 1
}
}
}
return dp[n][m]
}
```
=== "JS"
```javascript title="edit_distance.js"
@@ -268,104 +329,6 @@ $$
}
```
=== "C"
```c title="edit_distance.c"
[class]{}-[func]{editDistanceDP}
```
=== "C#"
```csharp title="edit_distance.cs"
/* 编辑距离:动态规划 */
int editDistanceDP(string s, string t) {
int n = s.Length, m = t.Length;
int[,] dp = new int[n + 1, m + 1];
// 状态转移:首行首列
for (int i = 1; i <= n; i++) {
dp[i, 0] = i;
}
for (int j = 1; j <= m; j++) {
dp[0, j] = j;
}
// 状态转移:其余行列
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int j = 1; j <= m; j++) {
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[i, j] = dp[i - 1, j - 1];
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[i, j] = Math.Min(Math.Min(dp[i, j - 1], dp[i - 1, j]), dp[i - 1, j - 1]) + 1;
}
}
}
return dp[n, m];
}
```
=== "Swift"
```swift title="edit_distance.swift"
/* 编辑距离:动态规划 */
func editDistanceDP(s: String, t: String) -> Int {
let n = s.utf8CString.count
let m = t.utf8CString.count
var dp = Array(repeating: Array(repeating: 0, count: m + 1), count: n + 1)
// 状态转移:首行首列
for i in stride(from: 1, through: n, by: 1) {
dp[i][0] = i
}
for j in stride(from: 1, through: m, by: 1) {
dp[0][j] = j
}
// 状态转移:其余行列
for i in stride(from: 1, through: n, by: 1) {
for j in stride(from: 1, through: m, by: 1) {
if s.utf8CString[i - 1] == t.utf8CString[j - 1] {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1]
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[i][j] = min(min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]), dp[i - 1][j - 1]) + 1
}
}
}
return dp[n][m]
}
```
=== "Zig"
```zig title="edit_distance.zig"
// 编辑距离:动态规划
fn editDistanceDP(comptime s: []const u8, comptime t: []const u8) i32 {
comptime var n = s.len;
comptime var m = t.len;
var dp = [_][m + 1]i32{[_]i32{0} ** (m + 1)} ** (n + 1);
// 状态转移:首行首列
for (1..n + 1) |i| {
dp[i][0] = @intCast(i);
}
for (1..m + 1) |j| {
dp[0][j] = @intCast(j);
}
// 状态转移:其余行列
for (1..n + 1) |i| {
for (1..m + 1) |j| {
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[i][j] = @min(@min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;
}
}
}
return dp[n][m];
}
```
=== "Dart"
```dart title="edit_distance.dart"
@@ -426,6 +389,43 @@ $$
}
```
=== "C"
```c title="edit_distance.c"
[class]{}-[func]{editDistanceDP}
```
=== "Zig"
```zig title="edit_distance.zig"
// 编辑距离:动态规划
fn editDistanceDP(comptime s: []const u8, comptime t: []const u8) i32 {
comptime var n = s.len;
comptime var m = t.len;
var dp = [_][m + 1]i32{[_]i32{0} ** (m + 1)} ** (n + 1);
// 状态转移:首行首列
for (1..n + 1) |i| {
dp[i][0] = @intCast(i);
}
for (1..m + 1) |j| {
dp[0][j] = @intCast(j);
}
// 状态转移:其余行列
for (1..n + 1) |i| {
for (1..m + 1) |j| {
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[i][j] = @min(@min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;
}
}
}
return dp[n][m];
}
```
如图 14-30 所示,编辑距离问题的状态转移过程与背包问题非常类似,都可以看作是填写一个二维网格的过程。
=== "<1>"
@@ -481,37 +481,32 @@ $$
为此,我们可以使用一个变量 `leftup` 来暂存左上方的解 $dp[i-1, j-1]$ ,从而只需考虑左方和上方的解。此时的情况与完全背包问题相同,可使用正序遍历。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="edit_distance.java"
/* 编辑距离:空间优化后的动态规划 */
int editDistanceDPComp(String s, String t) {
int n = s.length(), m = t.length();
int[] dp = new int[m + 1];
// 状态转移:首行
for (int j = 1; j <= m; j++) {
dp[j] = j;
}
// 状态转移:其余行
for (int i = 1; i <= n; i++) {
// 状态转移:首列
int leftup = dp[0]; // 暂存 dp[i-1, j-1]
dp[0] = i;
// 状态转移:其余列
for (int j = 1; j <= m; j++) {
int temp = dp[j];
if (s.charAt(i - 1) == t.charAt(j - 1)) {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[j] = leftup;
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[j] = Math.min(Math.min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
}
leftup = temp; // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
}
}
return dp[m];
}
```python title="edit_distance.py"
def edit_distance_dp_comp(s: str, t: str) -> int:
"""编辑距离:空间优化后的动态规划"""
n, m = len(s), len(t)
dp = [0] * (m + 1)
# 状态转移:首行
for j in range(1, m + 1):
dp[j] = j
# 状态转移:其余行
for i in range(1, n + 1):
# 状态转移:首列
leftup = dp[0] # 暂存 dp[i-1, j-1]
dp[0] += 1
# 状态转移:其余列
for j in range(1, m + 1):
temp = dp[j]
if s[i - 1] == t[j - 1]:
# 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[j] = leftup
else:
# 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[j] = min(dp[j - 1], dp[j], leftup) + 1
leftup = temp # 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
return dp[m]
```
=== "C++"
@@ -547,32 +542,70 @@ $$
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="edit_distance.py"
def edit_distance_dp_comp(s: str, t: str) -> int:
"""编辑距离:空间优化后的动态规划"""
n, m = len(s), len(t)
dp = [0] * (m + 1)
# 状态转移:首行
for j in range(1, m + 1):
dp[j] = j
# 状态转移:其余行
for i in range(1, n + 1):
# 状态转移:首列
leftup = dp[0] # 暂存 dp[i-1, j-1]
dp[0] += 1
# 状态转移:其余列
for j in range(1, m + 1):
temp = dp[j]
if s[i - 1] == t[j - 1]:
# 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[j] = leftup
else:
# 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[j] = min(dp[j - 1], dp[j], leftup) + 1
leftup = temp # 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
return dp[m]
```java title="edit_distance.java"
/* 编辑距离:空间优化后的动态规划 */
int editDistanceDPComp(String s, String t) {
int n = s.length(), m = t.length();
int[] dp = new int[m + 1];
// 状态转移:首行
for (int j = 1; j <= m; j++) {
dp[j] = j;
}
// 状态转移:其余行
for (int i = 1; i <= n; i++) {
// 状态转移:首列
int leftup = dp[0]; // 暂存 dp[i-1, j-1]
dp[0] = i;
// 状态转移:其余列
for (int j = 1; j <= m; j++) {
int temp = dp[j];
if (s.charAt(i - 1) == t.charAt(j - 1)) {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[j] = leftup;
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[j] = Math.min(Math.min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
}
leftup = temp; // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
}
}
return dp[m];
}
```
=== "C#"
```csharp title="edit_distance.cs"
/* 编辑距离:空间优化后的动态规划 */
int editDistanceDPComp(string s, string t) {
int n = s.Length, m = t.Length;
int[] dp = new int[m + 1];
// 状态转移:首行
for (int j = 1; j <= m; j++) {
dp[j] = j;
}
// 状态转移:其余行
for (int i = 1; i <= n; i++) {
// 状态转移:首列
int leftup = dp[0]; // 暂存 dp[i-1, j-1]
dp[0] = i;
// 状态转移:其余列
for (int j = 1; j <= m; j++) {
int temp = dp[j];
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[j] = leftup;
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[j] = Math.Min(Math.Min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
}
leftup = temp; // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
}
}
return dp[m];
}
```
=== "Go"
@@ -609,6 +642,40 @@ $$
}
```
=== "Swift"
```swift title="edit_distance.swift"
/* 编辑距离:空间优化后的动态规划 */
func editDistanceDPComp(s: String, t: String) -> Int {
let n = s.utf8CString.count
let m = t.utf8CString.count
var dp = Array(repeating: 0, count: m + 1)
// 状态转移:首行
for j in stride(from: 1, through: m, by: 1) {
dp[j] = j
}
// 状态转移:其余行
for i in stride(from: 1, through: n, by: 1) {
// 状态转移:首列
var leftup = dp[0] // 暂存 dp[i-1, j-1]
dp[0] = i
// 状态转移:其余列
for j in stride(from: 1, through: m, by: 1) {
let temp = dp[j]
if s.utf8CString[i - 1] == t.utf8CString[j - 1] {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[j] = leftup
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[j] = min(min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1
}
leftup = temp // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
}
}
return dp[m]
}
```
=== "JS"
```javascript title="edit_distance.js"
@@ -677,113 +744,6 @@ $$
}
```
=== "C"
```c title="edit_distance.c"
[class]{}-[func]{editDistanceDPComp}
```
=== "C#"
```csharp title="edit_distance.cs"
/* 编辑距离:空间优化后的动态规划 */
int editDistanceDPComp(string s, string t) {
int n = s.Length, m = t.Length;
int[] dp = new int[m + 1];
// 状态转移:首行
for (int j = 1; j <= m; j++) {
dp[j] = j;
}
// 状态转移:其余行
for (int i = 1; i <= n; i++) {
// 状态转移:首列
int leftup = dp[0]; // 暂存 dp[i-1, j-1]
dp[0] = i;
// 状态转移:其余列
for (int j = 1; j <= m; j++) {
int temp = dp[j];
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[j] = leftup;
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[j] = Math.Min(Math.Min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
}
leftup = temp; // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
}
}
return dp[m];
}
```
=== "Swift"
```swift title="edit_distance.swift"
/* 编辑距离:空间优化后的动态规划 */
func editDistanceDPComp(s: String, t: String) -> Int {
let n = s.utf8CString.count
let m = t.utf8CString.count
var dp = Array(repeating: 0, count: m + 1)
// 状态转移:首行
for j in stride(from: 1, through: m, by: 1) {
dp[j] = j
}
// 状态转移:其余行
for i in stride(from: 1, through: n, by: 1) {
// 状态转移:首列
var leftup = dp[0] // 暂存 dp[i-1, j-1]
dp[0] = i
// 状态转移:其余列
for j in stride(from: 1, through: m, by: 1) {
let temp = dp[j]
if s.utf8CString[i - 1] == t.utf8CString[j - 1] {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[j] = leftup
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[j] = min(min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1
}
leftup = temp // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
}
}
return dp[m]
}
```
=== "Zig"
```zig title="edit_distance.zig"
// 编辑距离:空间优化后的动态规划
fn editDistanceDPComp(comptime s: []const u8, comptime t: []const u8) i32 {
comptime var n = s.len;
comptime var m = t.len;
var dp = [_]i32{0} ** (m + 1);
// 状态转移:首行
for (1..m + 1) |j| {
dp[j] = @intCast(j);
}
// 状态转移:其余行
for (1..n + 1) |i| {
// 状态转移:首列
var leftup = dp[0]; // 暂存 dp[i-1, j-1]
dp[0] = @intCast(i);
// 状态转移:其余列
for (1..m + 1) |j| {
var temp = dp[j];
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[j] = leftup;
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[j] = @min(@min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
}
leftup = temp; // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
}
}
return dp[m];
}
```
=== "Dart"
```dart title="edit_distance.dart"
@@ -849,3 +809,43 @@ $$
dp[m]
}
```
=== "C"
```c title="edit_distance.c"
[class]{}-[func]{editDistanceDPComp}
```
=== "Zig"
```zig title="edit_distance.zig"
// 编辑距离:空间优化后的动态规划
fn editDistanceDPComp(comptime s: []const u8, comptime t: []const u8) i32 {
comptime var n = s.len;
comptime var m = t.len;
var dp = [_]i32{0} ** (m + 1);
// 状态转移:首行
for (1..m + 1) |j| {
dp[j] = @intCast(j);
}
// 状态转移:其余行
for (1..n + 1) |i| {
// 状态转移:首列
var leftup = dp[0]; // 暂存 dp[i-1, j-1]
dp[0] = @intCast(i);
// 状态转移:其余列
for (1..m + 1) |j| {
var temp = dp[j];
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[j] = leftup;
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[j] = @min(@min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
}
leftup = temp; // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
}
}
return dp[m];
}
```

File diff suppressed because it is too large Load Diff

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@@ -26,35 +26,30 @@ BFS 通常借助队列来实现。队列具有“先入先出”的性质,这
为了防止重复遍历顶点,我们需要借助一个哈希表 `visited` 来记录哪些节点已被访问。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="graph_bfs.java"
/* 广度优先遍历 BFS */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
List<Vertex> graphBFS(GraphAdjList graph, Vertex startVet) {
// 顶点遍历序列
List<Vertex> res = new ArrayList<>();
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
Set<Vertex> visited = new HashSet<>();
visited.add(startVet);
// 队列用于实现 BFS
Queue<Vertex> que = new LinkedList<>();
que.offer(startVet);
// 以顶点 vet 为起点,循环直至访问完所有顶点
while (!que.isEmpty()) {
Vertex vet = que.poll(); // 队首顶点出队
res.add(vet); // 记录访问顶点
// 遍历该顶点的所有邻接顶点
for (Vertex adjVet : graph.adjList.get(vet)) {
if (visited.contains(adjVet))
continue; // 跳过已被访问过的顶点
que.offer(adjVet); // 只入队未访问的顶点
visited.add(adjVet); // 标记该顶点已被访问
}
}
// 返回顶点遍历序列
return res;
}
```python title="graph_bfs.py"
def graph_bfs(graph: GraphAdjList, start_vet: Vertex) -> list[Vertex]:
"""广度优先遍历 BFS"""
# 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
# 顶点遍历序列
res = []
# 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
visited = set[Vertex]([start_vet])
# 队列用于实现 BFS
que = deque[Vertex]([start_vet])
# 以顶点 vet 为起点,循环直至访问完所有顶点
while len(que) > 0:
vet = que.popleft() # 队首顶点出队
res.append(vet) # 记录访问顶点
# 遍历该顶点的所有邻接顶点
for adj_vet in graph.adj_list[vet]:
if adj_vet in visited:
continue # 跳过已被访问过的顶点
que.append(adj_vet) # 只入队未访问的顶点
visited.add(adj_vet) # 标记该顶点已被访问
# 返回顶点遍历序列
return res
```
=== "C++"
@@ -88,30 +83,66 @@ BFS 通常借助队列来实现。队列具有“先入先出”的性质,这
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="graph_bfs.py"
def graph_bfs(graph: GraphAdjList, start_vet: Vertex) -> list[Vertex]:
"""广度优先遍历 BFS"""
# 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
# 顶点遍历序列
res = []
# 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
visited = set[Vertex]([start_vet])
# 队列用于实现 BFS
que = deque[Vertex]([start_vet])
# 以顶点 vet 为起点,循环直至访问完所有顶点
while len(que) > 0:
vet = que.popleft() # 队首顶点出队
res.append(vet) # 记录访问顶点
# 遍历该顶点的所有邻接顶点
for adj_vet in graph.adj_list[vet]:
if adj_vet in visited:
continue # 跳过已被访问过的顶点
que.append(adj_vet) # 只入队未访问的顶点
visited.add(adj_vet) # 标记该顶点已被访问
# 返回顶点遍历序列
return res
```java title="graph_bfs.java"
/* 广度优先遍历 BFS */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
List<Vertex> graphBFS(GraphAdjList graph, Vertex startVet) {
// 顶点遍历序列
List<Vertex> res = new ArrayList<>();
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
Set<Vertex> visited = new HashSet<>();
visited.add(startVet);
// 队列用于实现 BFS
Queue<Vertex> que = new LinkedList<>();
que.offer(startVet);
// 以顶点 vet 为起点,循环直至访问完所有顶点
while (!que.isEmpty()) {
Vertex vet = que.poll(); // 队首顶点出队
res.add(vet); // 记录访问顶点
// 遍历该顶点的所有邻接顶点
for (Vertex adjVet : graph.adjList.get(vet)) {
if (visited.contains(adjVet))
continue; // 跳过已被访问过的顶点
que.offer(adjVet); // 只入队未访问的顶点
visited.add(adjVet); // 标记该顶点已被访问
}
}
// 返回顶点遍历序列
return res;
}
```
=== "C#"
```csharp title="graph_bfs.cs"
/* 广度优先遍历 BFS */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
List<Vertex> graphBFS(GraphAdjList graph, Vertex startVet) {
// 顶点遍历序列
List<Vertex> res = new List<Vertex>();
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
HashSet<Vertex> visited = new HashSet<Vertex>() { startVet };
// 队列用于实现 BFS
Queue<Vertex> que = new Queue<Vertex>();
que.Enqueue(startVet);
// 以顶点 vet 为起点,循环直至访问完所有顶点
while (que.Count > 0) {
Vertex vet = que.Dequeue(); // 队首顶点出队
res.Add(vet); // 记录访问顶点
foreach (Vertex adjVet in graph.adjList[vet]) {
if (visited.Contains(adjVet)) {
continue; // 跳过已被访问过的顶点
}
que.Enqueue(adjVet); // 只入队未访问的顶点
visited.Add(adjVet); // 标记该顶点已被访问
}
}
// 返回顶点遍历序列
return res;
}
```
=== "Go"
@@ -150,6 +181,36 @@ BFS 通常借助队列来实现。队列具有“先入先出”的性质,这
}
```
=== "Swift"
```swift title="graph_bfs.swift"
/* 广度优先遍历 BFS */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
func graphBFS(graph: GraphAdjList, startVet: Vertex) -> [Vertex] {
// 顶点遍历序列
var res: [Vertex] = []
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
var visited: Set<Vertex> = [startVet]
// 队列用于实现 BFS
var que: [Vertex] = [startVet]
// 以顶点 vet 为起点,循环直至访问完所有顶点
while !que.isEmpty {
let vet = que.removeFirst() // 队首顶点出队
res.append(vet) // 记录访问顶点
// 遍历该顶点的所有邻接顶点
for adjVet in graph.adjList[vet] ?? [] {
if visited.contains(adjVet) {
continue // 跳过已被访问过的顶点
}
que.append(adjVet) // 只入队未访问的顶点
visited.insert(adjVet) // 标记该顶点已被访问
}
}
// 返回顶点遍历序列
return res
}
```
=== "JS"
```javascript title="graph_bfs.js"
@@ -212,116 +273,6 @@ BFS 通常借助队列来实现。队列具有“先入先出”的性质,这
}
```
=== "C"
```c title="graph_bfs.c"
/* 广度优先遍历 */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
Vertex **graphBFS(graphAdjList *t, Vertex *startVet) {
// 顶点遍历序列
Vertex **res = (Vertex **)malloc(sizeof(Vertex *) * t->size);
memset(res, 0, sizeof(Vertex *) * t->size);
// 队列用于实现 BFS
queue *que = newQueue(t->size);
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
hashTable *visited = newHash(t->size);
int resIndex = 0;
queuePush(que, startVet); // 将第一个元素入队
hashMark(visited, startVet->pos); // 标记第一个入队的顶点
// 以顶点 vet 为起点,循环直至访问完所有顶点
while (que->head < que->tail) {
// 遍历该顶点的边链表,将所有与该顶点有连接的,并且未被标记的顶点入队
Node *n = queueTop(que)->linked->head->next;
while (n != 0) {
// 查询哈希表,若该索引的顶点已入队,则跳过,否则入队并标记
if (hashQuery(visited, n->val->pos) == 1) {
n = n->next;
continue; // 跳过已被访问过的顶点
}
queuePush(que, n->val); // 只入队未访问的顶点
hashMark(visited, n->val->pos); // 标记该顶点已被访问
}
// 队首元素存入数组
res[resIndex] = queueTop(que); // 队首顶点加入顶点遍历序列
resIndex++;
queuePop(que); // 队首元素出队
}
// 释放内存
freeQueue(que);
freeHash(visited);
resIndex = 0;
// 返回顶点遍历序列
return res;
}
```
=== "C#"
```csharp title="graph_bfs.cs"
/* 广度优先遍历 BFS */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
List<Vertex> graphBFS(GraphAdjList graph, Vertex startVet) {
// 顶点遍历序列
List<Vertex> res = new List<Vertex>();
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
HashSet<Vertex> visited = new HashSet<Vertex>() { startVet };
// 队列用于实现 BFS
Queue<Vertex> que = new Queue<Vertex>();
que.Enqueue(startVet);
// 以顶点 vet 为起点,循环直至访问完所有顶点
while (que.Count > 0) {
Vertex vet = que.Dequeue(); // 队首顶点出队
res.Add(vet); // 记录访问顶点
foreach (Vertex adjVet in graph.adjList[vet]) {
if (visited.Contains(adjVet)) {
continue; // 跳过已被访问过的顶点
}
que.Enqueue(adjVet); // 只入队未访问的顶点
visited.Add(adjVet); // 标记该顶点已被访问
}
}
// 返回顶点遍历序列
return res;
}
```
=== "Swift"
```swift title="graph_bfs.swift"
/* 广度优先遍历 BFS */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
func graphBFS(graph: GraphAdjList, startVet: Vertex) -> [Vertex] {
// 顶点遍历序列
var res: [Vertex] = []
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
var visited: Set<Vertex> = [startVet]
// 队列用于实现 BFS
var que: [Vertex] = [startVet]
// 以顶点 vet 为起点,循环直至访问完所有顶点
while !que.isEmpty {
let vet = que.removeFirst() // 队首顶点出队
res.append(vet) // 记录访问顶点
// 遍历该顶点的所有邻接顶点
for adjVet in graph.adjList[vet] ?? [] {
if visited.contains(adjVet) {
continue // 跳过已被访问过的顶点
}
que.append(adjVet) // 只入队未访问的顶点
visited.insert(adjVet) // 标记该顶点已被访问
}
}
// 返回顶点遍历序列
return res
}
```
=== "Zig"
```zig title="graph_bfs.zig"
[class]{}-[func]{graphBFS}
```
=== "Dart"
```dart title="graph_bfs.dart"
@@ -388,6 +339,55 @@ BFS 通常借助队列来实现。队列具有“先入先出”的性质,这
}
```
=== "C"
```c title="graph_bfs.c"
/* 广度优先遍历 */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
Vertex **graphBFS(graphAdjList *t, Vertex *startVet) {
// 顶点遍历序列
Vertex **res = (Vertex **)malloc(sizeof(Vertex *) * t->size);
memset(res, 0, sizeof(Vertex *) * t->size);
// 队列用于实现 BFS
queue *que = newQueue(t->size);
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
hashTable *visited = newHash(t->size);
int resIndex = 0;
queuePush(que, startVet); // 将第一个元素入队
hashMark(visited, startVet->pos); // 标记第一个入队的顶点
// 以顶点 vet 为起点,循环直至访问完所有顶点
while (que->head < que->tail) {
// 遍历该顶点的边链表,将所有与该顶点有连接的,并且未被标记的顶点入队
Node *n = queueTop(que)->linked->head->next;
while (n != 0) {
// 查询哈希表,若该索引的顶点已入队,则跳过,否则入队并标记
if (hashQuery(visited, n->val->pos) == 1) {
n = n->next;
continue; // 跳过已被访问过的顶点
}
queuePush(que, n->val); // 只入队未访问的顶点
hashMark(visited, n->val->pos); // 标记该顶点已被访问
}
// 队首元素存入数组
res[resIndex] = queueTop(que); // 队首顶点加入顶点遍历序列
resIndex++;
queuePop(que); // 队首元素出队
}
// 释放内存
freeQueue(que);
freeHash(visited);
resIndex = 0;
// 返回顶点遍历序列
return res;
}
```
=== "Zig"
```zig title="graph_bfs.zig"
[class]{}-[func]{graphBFS}
```
代码相对抽象,建议对照图 9-10 来加深理解。
=== "<1>"
@@ -447,32 +447,29 @@ BFS 通常借助队列来实现。队列具有“先入先出”的性质,这
这种“走到尽头再返回”的算法范式通常基于递归来实现。与广度优先遍历类似,在深度优先遍历中我们也需要借助一个哈希表 `visited` 来记录已被访问的顶点,以避免重复访问顶点。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="graph_dfs.java"
/* 深度优先遍历 DFS 辅助函数 */
void dfs(GraphAdjList graph, Set<Vertex> visited, List<Vertex> res, Vertex vet) {
res.add(vet); // 记录访问顶点
visited.add(vet); // 标记该顶点已被访问
// 遍历该顶点的所有邻接顶点
for (Vertex adjVet : graph.adjList.get(vet)) {
if (visited.contains(adjVet))
continue; // 跳过已被访问过的顶点
// 递归访问邻接顶点
dfs(graph, visited, res, adjVet);
}
}
```python title="graph_dfs.py"
def dfs(graph: GraphAdjList, visited: set[Vertex], res: list[Vertex], vet: Vertex):
"""深度优先遍历 DFS 辅助函数"""
res.append(vet) # 记录访问顶点
visited.add(vet) # 标记该顶点已被访问
# 遍历该顶点的所有邻接顶点
for adjVet in graph.adj_list[vet]:
if adjVet in visited:
continue # 跳过已被访问过的顶点
# 递归访问邻接顶点
dfs(graph, visited, res, adjVet)
/* 深度优先遍历 DFS */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
List<Vertex> graphDFS(GraphAdjList graph, Vertex startVet) {
// 顶点遍历序列
List<Vertex> res = new ArrayList<>();
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
Set<Vertex> visited = new HashSet<>();
dfs(graph, visited, res, startVet);
return res;
}
def graph_dfs(graph: GraphAdjList, start_vet: Vertex) -> list[Vertex]:
"""深度优先遍历 DFS"""
# 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
# 顶点遍历序列
res = []
# 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
visited = set[Vertex]()
dfs(graph, visited, res, start_vet)
return res
```
=== "C++"
@@ -503,29 +500,61 @@ BFS 通常借助队列来实现。队列具有“先入先出”的性质,这
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="graph_dfs.py"
def dfs(graph: GraphAdjList, visited: set[Vertex], res: list[Vertex], vet: Vertex):
"""深度优先遍历 DFS 辅助函数"""
res.append(vet) # 记录访问顶点
visited.add(vet) # 标记该顶点已被访问
# 遍历该顶点的所有邻接顶点
for adjVet in graph.adj_list[vet]:
if adjVet in visited:
continue # 跳过已被访问过的顶点
# 递归访问邻接顶点
dfs(graph, visited, res, adjVet)
```java title="graph_dfs.java"
/* 深度优先遍历 DFS 辅助函数 */
void dfs(GraphAdjList graph, Set<Vertex> visited, List<Vertex> res, Vertex vet) {
res.add(vet); // 记录访问顶点
visited.add(vet); // 标记该顶点已被访问
// 遍历该顶点的所有邻接顶点
for (Vertex adjVet : graph.adjList.get(vet)) {
if (visited.contains(adjVet))
continue; // 跳过已被访问过的顶点
// 递归访问邻接顶点
dfs(graph, visited, res, adjVet);
}
}
def graph_dfs(graph: GraphAdjList, start_vet: Vertex) -> list[Vertex]:
"""深度优先遍历 DFS"""
# 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
# 顶点遍历序列
res = []
# 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
visited = set[Vertex]()
dfs(graph, visited, res, start_vet)
return res
/* 深度优先遍历 DFS */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
List<Vertex> graphDFS(GraphAdjList graph, Vertex startVet) {
// 顶点遍历序列
List<Vertex> res = new ArrayList<>();
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
Set<Vertex> visited = new HashSet<>();
dfs(graph, visited, res, startVet);
return res;
}
```
=== "C#"
```csharp title="graph_dfs.cs"
/* 深度优先遍历 DFS 辅助函数 */
void dfs(GraphAdjList graph, HashSet<Vertex> visited, List<Vertex> res, Vertex vet) {
res.Add(vet); // 记录访问顶点
visited.Add(vet); // 标记该顶点已被访问
// 遍历该顶点的所有邻接顶点
foreach (Vertex adjVet in graph.adjList[vet]) {
if (visited.Contains(adjVet)) {
continue; // 跳过已被访问过的顶点
}
// 递归访问邻接顶点
dfs(graph, visited, res, adjVet);
}
}
/* 深度优先遍历 DFS */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
List<Vertex> graphDFS(GraphAdjList graph, Vertex startVet) {
// 顶点遍历序列
List<Vertex> res = new List<Vertex>();
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
HashSet<Vertex> visited = new HashSet<Vertex>();
dfs(graph, visited, res, startVet);
return res;
}
```
=== "Go"
@@ -559,6 +588,35 @@ BFS 通常借助队列来实现。队列具有“先入先出”的性质,这
}
```
=== "Swift"
```swift title="graph_dfs.swift"
/* 深度优先遍历 DFS 辅助函数 */
func dfs(graph: GraphAdjList, visited: inout Set<Vertex>, res: inout [Vertex], vet: Vertex) {
res.append(vet) // 记录访问顶点
visited.insert(vet) // 标记该顶点已被访问
// 遍历该顶点的所有邻接顶点
for adjVet in graph.adjList[vet] ?? [] {
if visited.contains(adjVet) {
continue // 跳过已被访问过的顶点
}
// 递归访问邻接顶点
dfs(graph: graph, visited: &visited, res: &res, vet: adjVet)
}
}
/* 深度优先遍历 DFS */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
func graphDFS(graph: GraphAdjList, startVet: Vertex) -> [Vertex] {
// 顶点遍历序列
var res: [Vertex] = []
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
var visited: Set<Vertex> = []
dfs(graph: graph, visited: &visited, res: &res, vet: startVet)
return res
}
```
=== "JS"
```javascript title="graph_dfs.js"
@@ -623,111 +681,6 @@ BFS 通常借助队列来实现。队列具有“先入先出”的性质,这
}
```
=== "C"
```c title="graph_dfs.c"
/* 深度优先遍历 DFS 辅助函数 */
int resIndex = 0;
void dfs(graphAdjList *graph, hashTable *visited, Vertex *vet, Vertex **res) {
if (hashQuery(visited, vet->pos) == 1) {
return; // 跳过已被访问过的顶点
}
hashMark(visited, vet->pos); // 标记顶点并将顶点存入数组
res[resIndex] = vet; // 将顶点存入数组
resIndex++;
// 遍历该顶点链表
Node *n = vet->linked->head->next;
while (n != 0) {
// 递归访问邻接顶点
dfs(graph, visited, n->val, res);
n = n->next;
}
return;
}
/* 深度优先遍历 DFS */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
Vertex **graphDFS(graphAdjList *graph, Vertex *startVet) {
// 顶点遍历序列
Vertex **res = (Vertex **)malloc(sizeof(Vertex *) * graph->size);
memset(res, 0, sizeof(Vertex *) * graph->size);
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
hashTable *visited = newHash(graph->size);
dfs(graph, visited, startVet, res);
// 释放哈希表内存并将数组索引归零
freeHash(visited);
resIndex = 0;
// 返回遍历数组
return res;
}
```
=== "C#"
```csharp title="graph_dfs.cs"
/* 深度优先遍历 DFS 辅助函数 */
void dfs(GraphAdjList graph, HashSet<Vertex> visited, List<Vertex> res, Vertex vet) {
res.Add(vet); // 记录访问顶点
visited.Add(vet); // 标记该顶点已被访问
// 遍历该顶点的所有邻接顶点
foreach (Vertex adjVet in graph.adjList[vet]) {
if (visited.Contains(adjVet)) {
continue; // 跳过已被访问过的顶点
}
// 递归访问邻接顶点
dfs(graph, visited, res, adjVet);
}
}
/* 深度优先遍历 DFS */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
List<Vertex> graphDFS(GraphAdjList graph, Vertex startVet) {
// 顶点遍历序列
List<Vertex> res = new List<Vertex>();
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
HashSet<Vertex> visited = new HashSet<Vertex>();
dfs(graph, visited, res, startVet);
return res;
}
```
=== "Swift"
```swift title="graph_dfs.swift"
/* 深度优先遍历 DFS 辅助函数 */
func dfs(graph: GraphAdjList, visited: inout Set<Vertex>, res: inout [Vertex], vet: Vertex) {
res.append(vet) // 记录访问顶点
visited.insert(vet) // 标记该顶点已被访问
// 遍历该顶点的所有邻接顶点
for adjVet in graph.adjList[vet] ?? [] {
if visited.contains(adjVet) {
continue // 跳过已被访问过的顶点
}
// 递归访问邻接顶点
dfs(graph: graph, visited: &visited, res: &res, vet: adjVet)
}
}
/* 深度优先遍历 DFS */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
func graphDFS(graph: GraphAdjList, startVet: Vertex) -> [Vertex] {
// 顶点遍历序列
var res: [Vertex] = []
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
var visited: Set<Vertex> = []
dfs(graph: graph, visited: &visited, res: &res, vet: startVet)
return res
}
```
=== "Zig"
```zig title="graph_dfs.zig"
[class]{}-[func]{dfs}
[class]{}-[func]{graphDFS}
```
=== "Dart"
```dart title="graph_dfs.dart"
@@ -793,6 +746,53 @@ BFS 通常借助队列来实现。队列具有“先入先出”的性质,这
}
```
=== "C"
```c title="graph_dfs.c"
/* 深度优先遍历 DFS 辅助函数 */
int resIndex = 0;
void dfs(graphAdjList *graph, hashTable *visited, Vertex *vet, Vertex **res) {
if (hashQuery(visited, vet->pos) == 1) {
return; // 跳过已被访问过的顶点
}
hashMark(visited, vet->pos); // 标记顶点并将顶点存入数组
res[resIndex] = vet; // 将顶点存入数组
resIndex++;
// 遍历该顶点链表
Node *n = vet->linked->head->next;
while (n != 0) {
// 递归访问邻接顶点
dfs(graph, visited, n->val, res);
n = n->next;
}
return;
}
/* 深度优先遍历 DFS */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
Vertex **graphDFS(graphAdjList *graph, Vertex *startVet) {
// 顶点遍历序列
Vertex **res = (Vertex **)malloc(sizeof(Vertex *) * graph->size);
memset(res, 0, sizeof(Vertex *) * graph->size);
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
hashTable *visited = newHash(graph->size);
dfs(graph, visited, startVet, res);
// 释放哈希表内存并将数组索引归零
freeHash(visited);
resIndex = 0;
// 返回遍历数组
return res;
}
```
=== "Zig"
```zig title="graph_dfs.zig"
[class]{}-[func]{dfs}
[class]{}-[func]{graphDFS}
```
深度优先遍历的算法流程如图 9-12 所示。
- **直虚线代表向下递推**,表示开启了一个新的递归方法来访问新顶点。

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@@ -40,45 +40,35 @@ status: new
我们建立了一个物品类 `Item` ,以便将物品按照单位价值进行排序。循环进行贪心选择,当背包已满时跳出并返回解。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="fractional_knapsack.java"
/* 物品 */
class Item {
int w; // 物品重量
int v; // 物品价值
```python title="fractional_knapsack.py"
class Item:
"""物品"""
public Item(int w, int v) {
this.w = w;
this.v = v;
}
}
def __init__(self, w: int, v: int):
self.w = w # 物品重量
self.v = v # 物品价值
/* 分数背包:贪心 */
double fractionalKnapsack(int[] wgt, int[] val, int cap) {
// 创建物品列表,包含两个属性:重量、价值
Item[] items = new Item[wgt.length];
for (int i = 0; i < wgt.length; i++) {
items[i] = new Item(wgt[i], val[i]);
}
// 按照单位价值 item.v / item.w 从高到低进行排序
Arrays.sort(items, Comparator.comparingDouble(item -> -((double) item.v / item.w)));
// 循环贪心选择
double res = 0;
for (Item item : items) {
if (item.w <= cap) {
// 若剩余容量充足,则将当前物品整个装进背包
res += item.v;
cap -= item.w;
} else {
// 若剩余容量不足,则将当前物品的一部分装进背包
res += (double) item.v / item.w * cap;
// 已无剩余容量,因此跳出循环
break;
}
}
return res;
}
def fractional_knapsack(wgt: list[int], val: list[int], cap: int) -> int:
"""分数背包:贪心"""
# 创建物品列表,包含两个属性:重量、价值
items = [Item(w, v) for w, v in zip(wgt, val)]
# 按照单位价值 item.v / item.w 从高到低进行排序
items.sort(key=lambda item: item.v / item.w, reverse=True)
# 循环贪心选择
res = 0
for item in items:
if item.w <= cap:
# 若剩余容量充足,则将当前物品整个装进背包
res += item.v
cap -= item.w
else:
# 若剩余容量不足,则将当前物品的一部分装进背包
res += (item.v / item.w) * cap
# 已无剩余容量,因此跳出循环
break
return res
```
=== "C++"
@@ -121,35 +111,86 @@ status: new
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="fractional_knapsack.py"
class Item:
"""物品"""
```java title="fractional_knapsack.java"
/* 物品 */
class Item {
int w; // 物品重量
int v; // 物品价值
def __init__(self, w: int, v: int):
self.w = w # 物品重量
self.v = v # 物品价值
public Item(int w, int v) {
this.w = w;
this.v = v;
}
}
def fractional_knapsack(wgt: list[int], val: list[int], cap: int) -> int:
"""分数背包:贪心"""
# 创建物品列表,包含两个属性:重量、价值
items = [Item(w, v) for w, v in zip(wgt, val)]
# 按照单位价值 item.v / item.w 从高到低进行排序
items.sort(key=lambda item: item.v / item.w, reverse=True)
# 循环贪心选择
res = 0
for item in items:
if item.w <= cap:
# 若剩余容量充足,则将当前物品整个装进背包
res += item.v
cap -= item.w
else:
# 若剩余容量不足,则将当前物品的一部分装进背包
res += (item.v / item.w) * cap
# 已无剩余容量,因此跳出循环
break
return res
/* 分数背包:贪心 */
double fractionalKnapsack(int[] wgt, int[] val, int cap) {
// 创建物品列表,包含两个属性:重量、价值
Item[] items = new Item[wgt.length];
for (int i = 0; i < wgt.length; i++) {
items[i] = new Item(wgt[i], val[i]);
}
// 按照单位价值 item.v / item.w 从高到低进行排序
Arrays.sort(items, Comparator.comparingDouble(item -> -((double) item.v / item.w)));
// 循环贪心选择
double res = 0;
for (Item item : items) {
if (item.w <= cap) {
// 若剩余容量充足,则将当前物品整个装进背包
res += item.v;
cap -= item.w;
} else {
// 若剩余容量不足,则将当前物品的一部分装进背包
res += (double) item.v / item.w * cap;
// 已无剩余容量,因此跳出循环
break;
}
}
return res;
}
```
=== "C#"
```csharp title="fractional_knapsack.cs"
/* 物品 */
class Item {
public int w; // 物品重量
public int v; // 物品价值
public Item(int w, int v) {
this.w = w;
this.v = v;
}
}
/* 分数背包:贪心 */
double fractionalKnapsack(int[] wgt, int[] val, int cap) {
// 创建物品列表,包含两个属性:重量、价值
Item[] items = new Item[wgt.Length];
for (int i = 0; i < wgt.Length; i++) {
items[i] = new Item(wgt[i], val[i]);
}
// 按照单位价值 item.v / item.w 从高到低进行排序
Array.Sort(items, (x, y) => (y.v / y.w).CompareTo(x.v / x.w));
// 循环贪心选择
double res = 0;
foreach (Item item in items) {
if (item.w <= cap) {
// 若剩余容量充足,则将当前物品整个装进背包
res += item.v;
cap -= item.w;
} else {
// 若剩余容量不足,则将当前物品的一部分装进背包
res += (double)item.v / item.w * cap;
// 已无剩余容量,因此跳出循环
break;
}
}
return res;
}
```
=== "Go"
@@ -190,6 +231,45 @@ status: new
}
```
=== "Swift"
```swift title="fractional_knapsack.swift"
/* 物品 */
class Item {
var w: Int // 物品重量
var v: Int // 物品价值
init(w: Int, v: Int) {
self.w = w
self.v = v
}
}
/* 分数背包:贪心 */
func fractionalKnapsack(wgt: [Int], val: [Int], cap: Int) -> Double {
// 创建物品列表,包含两个属性:重量、价值
var items = zip(wgt, val).map { Item(w: $0, v: $1) }
// 按照单位价值 item.v / item.w 从高到低进行排序
items.sort(by: { -(Double($0.v) / Double($0.w)) < -(Double($1.v) / Double($1.w)) })
// 循环贪心选择
var res = 0.0
var cap = cap
for item in items {
if item.w <= cap {
// 若剩余容量充足,则将当前物品整个装进背包
res += Double(item.v)
cap -= item.w
} else {
// 若剩余容量不足,则将当前物品的一部分装进背包
res += Double(item.v) / Double(item.w) * Double(cap)
// 已无剩余容量,因此跳出循环
break
}
}
return res
}
```
=== "JS"
```javascript title="fractional_knapsack.js"
@@ -263,102 +343,6 @@ status: new
}
```
=== "C"
```c title="fractional_knapsack.c"
[class]{Item}-[func]{}
[class]{}-[func]{fractionalKnapsack}
```
=== "C#"
```csharp title="fractional_knapsack.cs"
/* 物品 */
class Item {
public int w; // 物品重量
public int v; // 物品价值
public Item(int w, int v) {
this.w = w;
this.v = v;
}
}
/* 分数背包:贪心 */
double fractionalKnapsack(int[] wgt, int[] val, int cap) {
// 创建物品列表,包含两个属性:重量、价值
Item[] items = new Item[wgt.Length];
for (int i = 0; i < wgt.Length; i++) {
items[i] = new Item(wgt[i], val[i]);
}
// 按照单位价值 item.v / item.w 从高到低进行排序
Array.Sort(items, (x, y) => (y.v / y.w).CompareTo(x.v / x.w));
// 循环贪心选择
double res = 0;
foreach (Item item in items) {
if (item.w <= cap) {
// 若剩余容量充足,则将当前物品整个装进背包
res += item.v;
cap -= item.w;
} else {
// 若剩余容量不足,则将当前物品的一部分装进背包
res += (double)item.v / item.w * cap;
// 已无剩余容量,因此跳出循环
break;
}
}
return res;
}
```
=== "Swift"
```swift title="fractional_knapsack.swift"
/* 物品 */
class Item {
var w: Int // 物品重量
var v: Int // 物品价值
init(w: Int, v: Int) {
self.w = w
self.v = v
}
}
/* 分数背包:贪心 */
func fractionalKnapsack(wgt: [Int], val: [Int], cap: Int) -> Double {
// 创建物品列表,包含两个属性:重量、价值
var items = zip(wgt, val).map { Item(w: $0, v: $1) }
// 按照单位价值 item.v / item.w 从高到低进行排序
items.sort(by: { -(Double($0.v) / Double($0.w)) < -(Double($1.v) / Double($1.w)) })
// 循环贪心选择
var res = 0.0
var cap = cap
for item in items {
if item.w <= cap {
// 若剩余容量充足,则将当前物品整个装进背包
res += Double(item.v)
cap -= item.w
} else {
// 若剩余容量不足,则将当前物品的一部分装进背包
res += Double(item.v) / Double(item.w) * Double(cap)
// 已无剩余容量,因此跳出循环
break
}
}
return res
}
```
=== "Zig"
```zig title="fractional_knapsack.zig"
[class]{Item}-[func]{}
[class]{}-[func]{fractionalKnapsack}
```
=== "Dart"
```dart title="fractional_knapsack.dart"
@@ -441,6 +425,22 @@ status: new
}
```
=== "C"
```c title="fractional_knapsack.c"
[class]{Item}-[func]{}
[class]{}-[func]{fractionalKnapsack}
```
=== "Zig"
```zig title="fractional_knapsack.zig"
[class]{Item}-[func]{}
[class]{}-[func]{fractionalKnapsack}
```
最差情况下,需要遍历整个物品列表,**因此时间复杂度为 $O(n)$** ,其中 $n$ 为物品数量。
由于初始化了一个 `Item` 对象列表,**因此空间复杂度为 $O(n)$** 。

View File

@@ -26,27 +26,24 @@ status: new
实现代码如下所示。你可能会不由地发出感叹So Clean !贪心算法仅用十行代码就解决了零钱兑换问题。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="coin_change_greedy.java"
/* 零钱兑换:贪心 */
int coinChangeGreedy(int[] coins, int amt) {
// 假设 coins 列表有序
int i = coins.length - 1;
int count = 0;
// 循环进行贪心选择,直到无剩余金额
while (amt > 0) {
// 找到小于且最接近剩余金额的硬币
while (i > 0 && coins[i] > amt) {
i--;
}
// 选择 coins[i]
amt -= coins[i];
count++;
}
// 若未找到可行方案,则返回 -1
return amt == 0 ? count : -1;
}
```python title="coin_change_greedy.py"
def coin_change_greedy(coins: list[int], amt: int) -> int:
"""零钱兑换:贪心"""
# 假设 coins 列表有序
i = len(coins) - 1
count = 0
# 循环进行贪心选择,直到无剩余金额
while amt > 0:
# 找到小于且最接近剩余金额的硬币
while i > 0 and coins[i] > amt:
i -= 1
# 选择 coins[i]
amt -= coins[i]
count += 1
# 若未找到可行方案,则返回 -1
return count if amt == 0 else -1
```
=== "C++"
@@ -72,24 +69,50 @@ status: new
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="coin_change_greedy.py"
def coin_change_greedy(coins: list[int], amt: int) -> int:
"""零钱兑换:贪心"""
# 假设 coins 列表有序
i = len(coins) - 1
count = 0
# 循环进行贪心选择,直到无剩余金额
while amt > 0:
# 找到小于且最接近剩余金额的硬币
while i > 0 and coins[i] > amt:
i -= 1
# 选择 coins[i]
amt -= coins[i]
count += 1
# 若未找到可行方案,则返回 -1
return count if amt == 0 else -1
```java title="coin_change_greedy.java"
/* 零钱兑换:贪心 */
int coinChangeGreedy(int[] coins, int amt) {
// 假设 coins 列表有序
int i = coins.length - 1;
int count = 0;
// 循环进行贪心选择,直到无剩余金额
while (amt > 0) {
// 找到小于且最接近剩余金额的硬币
while (i > 0 && coins[i] > amt) {
i--;
}
// 选择 coins[i]
amt -= coins[i];
count++;
}
// 若未找到可行方案,则返回 -1
return amt == 0 ? count : -1;
}
```
=== "C#"
```csharp title="coin_change_greedy.cs"
/* 零钱兑换:贪心 */
int coinChangeGreedy(int[] coins, int amt) {
// 假设 coins 列表有序
int i = coins.Length - 1;
int count = 0;
// 循环进行贪心选择,直到无剩余金额
while (amt > 0) {
// 找到小于且最接近剩余金额的硬币
while (i > 0 && coins[i] > amt) {
i--;
}
// 选择 coins[i]
amt -= coins[i];
count++;
}
// 若未找到可行方案,则返回 -1
return amt == 0 ? count : -1;
}
```
=== "Go"
@@ -118,6 +141,30 @@ status: new
}
```
=== "Swift"
```swift title="coin_change_greedy.swift"
/* 零钱兑换:贪心 */
func coinChangeGreedy(coins: [Int], amt: Int) -> Int {
// 假设 coins 列表有序
var i = coins.count - 1
var count = 0
var amt = amt
// 循环进行贪心选择,直到无剩余金额
while amt > 0 {
// 找到小于且最接近剩余金额的硬币
while i > 0 && coins[i] > amt {
i -= 1
}
// 选择 coins[i]
amt -= coins[i]
count += 1
}
// 若未找到可行方案,则返回 -1
return amt == 0 ? count : -1
}
```
=== "JS"
```javascript title="coin_change_greedy.js"
@@ -164,65 +211,6 @@ status: new
}
```
=== "C"
```c title="coin_change_greedy.c"
[class]{}-[func]{coinChangeGreedy}
```
=== "C#"
```csharp title="coin_change_greedy.cs"
/* 零钱兑换:贪心 */
int coinChangeGreedy(int[] coins, int amt) {
// 假设 coins 列表有序
int i = coins.Length - 1;
int count = 0;
// 循环进行贪心选择,直到无剩余金额
while (amt > 0) {
// 找到小于且最接近剩余金额的硬币
while (i > 0 && coins[i] > amt) {
i--;
}
// 选择 coins[i]
amt -= coins[i];
count++;
}
// 若未找到可行方案,则返回 -1
return amt == 0 ? count : -1;
}
```
=== "Swift"
```swift title="coin_change_greedy.swift"
/* 零钱兑换:贪心 */
func coinChangeGreedy(coins: [Int], amt: Int) -> Int {
// 假设 coins 列表有序
var i = coins.count - 1
var count = 0
var amt = amt
// 循环进行贪心选择,直到无剩余金额
while amt > 0 {
// 找到小于且最接近剩余金额的硬币
while i > 0 && coins[i] > amt {
i -= 1
}
// 选择 coins[i]
amt -= coins[i]
count += 1
}
// 若未找到可行方案,则返回 -1
return amt == 0 ? count : -1
}
```
=== "Zig"
```zig title="coin_change_greedy.zig"
[class]{}-[func]{coinChangeGreedy}
```
=== "Dart"
```dart title="coin_change_greedy.dart"
@@ -273,6 +261,18 @@ status: new
}
```
=== "C"
```c title="coin_change_greedy.c"
[class]{}-[func]{coinChangeGreedy}
```
=== "Zig"
```zig title="coin_change_greedy.zig"
[class]{}-[func]{coinChangeGreedy}
```
## 15.1.1 &nbsp; 贪心优点与局限性
**贪心算法不仅操作直接、实现简单,而且通常效率也很高**。在以上代码中,记硬币最小面值为 $\min(coins)$ ,则贪心选择最多循环 $amt / \min(coins)$ 次,时间复杂度为 $O(amt / \min(coins))$ 。这比动态规划解法的时间复杂度 $O(n \times amt)$ 提升了一个数量级。

View File

@@ -93,29 +93,26 @@ $$
变量 $i$、$j$、$res$ 使用常数大小额外空间,**因此空间复杂度为 $O(1)$** 。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="max_capacity.java"
/* 最大容量:贪心 */
int maxCapacity(int[] ht) {
// 初始化 i, j 分列数组两端
int i = 0, j = ht.length - 1;
// 初始最大容量为 0
int res = 0;
// 循环贪心选择,直至两板相遇
while (i < j) {
// 更新最大容量
int cap = Math.min(ht[i], ht[j]) * (j - i);
res = Math.max(res, cap);
// 向内移动短板
if (ht[i] < ht[j]) {
i++;
} else {
j--;
}
}
return res;
}
```python title="max_capacity.py"
def max_capacity(ht: list[int]) -> int:
"""最大容量:贪心"""
# 初始化 i, j 分列数组两端
i, j = 0, len(ht) - 1
# 初始最大容量为 0
res = 0
# 循环贪心选择,直至两板相遇
while i < j:
# 更新最大容量
cap = min(ht[i], ht[j]) * (j - i)
res = max(res, cap)
# 向内移动短板
if ht[i] < ht[j]:
i += 1
else:
j -= 1
return res
```
=== "C++"
@@ -143,26 +140,54 @@ $$
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="max_capacity.py"
def max_capacity(ht: list[int]) -> int:
"""最大容量:贪心"""
# 初始化 i, j 分列数组两端
i, j = 0, len(ht) - 1
# 初始最大容量为 0
res = 0
# 循环贪心选择,直至两板相遇
while i < j:
# 更新最大容量
cap = min(ht[i], ht[j]) * (j - i)
res = max(res, cap)
# 向内移动短板
if ht[i] < ht[j]:
i += 1
else:
j -= 1
return res
```java title="max_capacity.java"
/* 最大容量:贪心 */
int maxCapacity(int[] ht) {
// 初始化 i, j 分列数组两端
int i = 0, j = ht.length - 1;
// 初始最大容量为 0
int res = 0;
// 循环贪心选择,直至两板相遇
while (i < j) {
// 更新最大容量
int cap = Math.min(ht[i], ht[j]) * (j - i);
res = Math.max(res, cap);
// 向内移动短板
if (ht[i] < ht[j]) {
i++;
} else {
j--;
}
}
return res;
}
```
=== "C#"
```csharp title="max_capacity.cs"
/* 最大容量:贪心 */
int maxCapacity(int[] ht) {
// 初始化 i, j 分列数组两端
int i = 0, j = ht.Length - 1;
// 初始最大容量为 0
int res = 0;
// 循环贪心选择,直至两板相遇
while (i < j) {
// 更新最大容量
int cap = Math.Min(ht[i], ht[j]) * (j - i);
res = Math.Max(res, cap);
// 向内移动短板
if (ht[i] < ht[j]) {
i++;
} else {
j--;
}
}
return res;
}
```
=== "Go"
@@ -190,6 +215,31 @@ $$
}
```
=== "Swift"
```swift title="max_capacity.swift"
/* 最大容量:贪心 */
func maxCapacity(ht: [Int]) -> Int {
// 初始化 i, j 分列数组两端
var i = 0, j = ht.count - 1
// 初始最大容量为 0
var res = 0
// 循环贪心选择,直至两板相遇
while i < j {
// 更新最大容量
let cap = min(ht[i], ht[j]) * (j - i)
res = max(res, cap)
// 向内移动短板
if ht[i] < ht[j] {
i += 1
} else {
j -= 1
}
}
return res
}
```
=== "JS"
```javascript title="max_capacity.js"
@@ -242,68 +292,6 @@ $$
}
```
=== "C"
```c title="max_capacity.c"
[class]{}-[func]{maxCapacity}
```
=== "C#"
```csharp title="max_capacity.cs"
/* 最大容量:贪心 */
int maxCapacity(int[] ht) {
// 初始化 i, j 分列数组两端
int i = 0, j = ht.Length - 1;
// 初始最大容量为 0
int res = 0;
// 循环贪心选择,直至两板相遇
while (i < j) {
// 更新最大容量
int cap = Math.Min(ht[i], ht[j]) * (j - i);
res = Math.Max(res, cap);
// 向内移动短板
if (ht[i] < ht[j]) {
i++;
} else {
j--;
}
}
return res;
}
```
=== "Swift"
```swift title="max_capacity.swift"
/* 最大容量:贪心 */
func maxCapacity(ht: [Int]) -> Int {
// 初始化 i, j 分列数组两端
var i = 0, j = ht.count - 1
// 初始最大容量为 0
var res = 0
// 循环贪心选择,直至两板相遇
while i < j {
// 更新最大容量
let cap = min(ht[i], ht[j]) * (j - i)
res = max(res, cap)
// 向内移动短板
if ht[i] < ht[j] {
i += 1
} else {
j -= 1
}
}
return res
}
```
=== "Zig"
```zig title="max_capacity.zig"
[class]{}-[func]{maxCapacity}
```
=== "Dart"
```dart title="max_capacity.dart"
@@ -355,6 +343,18 @@ $$
}
```
=== "C"
```c title="max_capacity.c"
[class]{}-[func]{maxCapacity}
```
=== "Zig"
```zig title="max_capacity.zig"
[class]{}-[func]{maxCapacity}
```
### 3. &nbsp; 正确性证明
之所以贪心比穷举更快,是因为每轮的贪心选择都会“跳过”一些状态。

View File

@@ -74,29 +74,24 @@ $$
请注意,对于 $n \leq 3$ 的边界情况,必须拆分出一个 $1$ ,乘积为 $1 \times (n - 1)$ 。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="max_product_cutting.java"
/* 最大切分乘积:贪心 */
int maxProductCutting(int n) {
// 当 n <= 3 时,必须切分出一个 1
if (n <= 3) {
return 1 * (n - 1);
}
// 贪心地切分出 3 a 为 3 的个数b 为余数
int a = n / 3;
int b = n % 3;
if (b == 1) {
// 当余数为 1 时,将一对 1 * 3 转化为 2 * 2
return (int) Math.pow(3, a - 1) * 2 * 2;
}
if (b == 2) {
// 当余数为 2 时,不做处理
return (int) Math.pow(3, a) * 2;
}
// 当余数为 0 时,不做处理
return (int) Math.pow(3, a);
}
```python title="max_product_cutting.py"
def max_product_cutting(n: int) -> int:
"""最大切分乘积:贪心"""
# 当 n <= 3 时,必须切分出一个 1
if n <= 3:
return 1 * (n - 1)
# 贪心地切分出 3 a 为 3 的个数b 为余数
a, b = n // 3, n % 3
if b == 1:
# 当余数为 1 时,将一对 1 * 3 转化为 2 * 2
return int(math.pow(3, a - 1)) * 2 * 2
if b == 2:
# 当余数为 2 时,不做处理
return int(math.pow(3, a)) * 2
# 当余数为 0 时,不做处理
return int(math.pow(3, a))
```
=== "C++"
@@ -124,24 +119,54 @@ $$
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="max_product_cutting.py"
def max_product_cutting(n: int) -> int:
"""最大切分乘积:贪心"""
# 当 n <= 3 时,必须切分出一个 1
if n <= 3:
return 1 * (n - 1)
# 贪心地切分出 3 a 为 3 的个数b 为余数
a, b = n // 3, n % 3
if b == 1:
# 当余数为 1 时,将一对 1 * 3 转化为 2 * 2
return int(math.pow(3, a - 1)) * 2 * 2
if b == 2:
# 当余数为 2 时,不做处理
return int(math.pow(3, a)) * 2
# 当余数为 0 时,不做处理
return int(math.pow(3, a))
```java title="max_product_cutting.java"
/* 最大切分乘积:贪心 */
int maxProductCutting(int n) {
// 当 n <= 3 时,必须切分出一个 1
if (n <= 3) {
return 1 * (n - 1);
}
// 贪心地切分出 3 a 为 3 的个数b 为余数
int a = n / 3;
int b = n % 3;
if (b == 1) {
// 当余数为 1 时,将一对 1 * 3 转化为 2 * 2
return (int) Math.pow(3, a - 1) * 2 * 2;
}
if (b == 2) {
// 当余数为 2 时,不做处理
return (int) Math.pow(3, a) * 2;
}
// 当余数为 0 时,不做处理
return (int) Math.pow(3, a);
}
```
=== "C#"
```csharp title="max_product_cutting.cs"
/* 最大切分乘积:贪心 */
int maxProductCutting(int n) {
// 当 n <= 3 时,必须切分出一个 1
if (n <= 3) {
return 1 * (n - 1);
}
// 贪心地切分出 3 a 为 3 的个数b 为余数
int a = n / 3;
int b = n % 3;
if (b == 1) {
// 当余数为 1 时,将一对 1 * 3 转化为 2 * 2
return (int)Math.Pow(3, a - 1) * 2 * 2;
}
if (b == 2) {
// 当余数为 2 时,不做处理
return (int)Math.Pow(3, a) * 2;
}
// 当余数为 0 时,不做处理
return (int)Math.Pow(3, a);
}
```
=== "Go"
@@ -169,6 +194,31 @@ $$
}
```
=== "Swift"
```swift title="max_product_cutting.swift"
/* 最大切分乘积:贪心 */
func maxProductCutting(n: Int) -> Int {
// 当 n <= 3 时,必须切分出一个 1
if n <= 3 {
return 1 * (n - 1)
}
// 贪心地切分出 3 a 为 3 的个数b 为余数
let a = n / 3
let b = n % 3
if b == 1 {
// 当余数为 1 时,将一对 1 * 3 转化为 2 * 2
return pow(3, a - 1) * 2 * 2
}
if b == 2 {
// 当余数为 2 时,不做处理
return pow(3, a) * 2
}
// 当余数为 0 时,不做处理
return pow(3, a)
}
```
=== "JS"
```javascript title="max_product_cutting.js"
@@ -219,68 +269,6 @@ $$
}
```
=== "C"
```c title="max_product_cutting.c"
[class]{}-[func]{maxProductCutting}
```
=== "C#"
```csharp title="max_product_cutting.cs"
/* 最大切分乘积:贪心 */
int maxProductCutting(int n) {
// 当 n <= 3 时,必须切分出一个 1
if (n <= 3) {
return 1 * (n - 1);
}
// 贪心地切分出 3 a 为 3 的个数b 为余数
int a = n / 3;
int b = n % 3;
if (b == 1) {
// 当余数为 1 时,将一对 1 * 3 转化为 2 * 2
return (int)Math.Pow(3, a - 1) * 2 * 2;
}
if (b == 2) {
// 当余数为 2 时,不做处理
return (int)Math.Pow(3, a) * 2;
}
// 当余数为 0 时,不做处理
return (int)Math.Pow(3, a);
}
```
=== "Swift"
```swift title="max_product_cutting.swift"
/* 最大切分乘积:贪心 */
func maxProductCutting(n: Int) -> Int {
// 当 n <= 3 时,必须切分出一个 1
if n <= 3 {
return 1 * (n - 1)
}
// 贪心地切分出 3 a 为 3 的个数b 为余数
let a = n / 3
let b = n % 3
if b == 1 {
// 当余数为 1 时,将一对 1 * 3 转化为 2 * 2
return pow(3, a - 1) * 2 * 2
}
if b == 2 {
// 当余数为 2 时,不做处理
return pow(3, a) * 2
}
// 当余数为 0 时,不做处理
return pow(3, a)
}
```
=== "Zig"
```zig title="max_product_cutting.zig"
[class]{}-[func]{maxProductCutting}
```
=== "Dart"
```dart title="max_product_cutting.dart"
@@ -331,6 +319,18 @@ $$
}
```
=== "C"
```c title="max_product_cutting.c"
[class]{}-[func]{maxProductCutting}
```
=== "Zig"
```zig title="max_product_cutting.zig"
[class]{}-[func]{maxProductCutting}
```
![最大切分乘积的计算方法](max_product_cutting_problem.assets/max_product_cutting_greedy_calculation.png)
<p align="center"> 图 15-16 &nbsp; 最大切分乘积的计算方法 </p>

View File

@@ -51,48 +51,40 @@ index = hash(key) % capacity
- **异或哈希**:将输入数据的每个元素通过异或操作累积到一个哈希值中。
- **旋转哈希**:将每个字符的 ASCII 码累积到一个哈希值中,每次累积之前都会对哈希值进行旋转操作。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="simple_hash.java"
/* 加法哈希 */
int addHash(String key) {
long hash = 0;
final int MODULUS = 1000000007;
for (char c : key.toCharArray()) {
hash = (hash + (int) c) % MODULUS;
}
return (int) hash;
}
```python title="simple_hash.py"
def add_hash(key: str) -> int:
"""加法哈希"""
hash = 0
modulus = 1000000007
for c in key:
hash += ord(c)
return hash % modulus
/* 乘法哈希 */
int mulHash(String key) {
long hash = 0;
final int MODULUS = 1000000007;
for (char c : key.toCharArray()) {
hash = (31 * hash + (int) c) % MODULUS;
}
return (int) hash;
}
def mul_hash(key: str) -> int:
"""乘法哈希"""
hash = 0
modulus = 1000000007
for c in key:
hash = 31 * hash + ord(c)
return hash % modulus
/* 异或哈希 */
int xorHash(String key) {
int hash = 0;
final int MODULUS = 1000000007;
for (char c : key.toCharArray()) {
hash ^= (int) c;
}
return hash & MODULUS;
}
def xor_hash(key: str) -> int:
"""异或哈希"""
hash = 0
modulus = 1000000007
for c in key:
hash ^= ord(c)
return hash % modulus
/* 旋转哈希 */
int rotHash(String key) {
long hash = 0;
final int MODULUS = 1000000007;
for (char c : key.toCharArray()) {
hash = ((hash << 4) ^ (hash >> 28) ^ (int) c) % MODULUS;
}
return (int) hash;
}
def rot_hash(key: str) -> int:
"""旋转哈希"""
hash = 0
modulus = 1000000007
for c in key:
hash = (hash << 4) ^ (hash >> 28) ^ ord(c)
return hash % modulus
```
=== "C++"
@@ -140,40 +132,92 @@ index = hash(key) % capacity
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="simple_hash.py"
def add_hash(key: str) -> int:
"""加法哈希"""
hash = 0
modulus = 1000000007
for c in key:
hash += ord(c)
return hash % modulus
```java title="simple_hash.java"
/* 加法哈希 */
int addHash(String key) {
long hash = 0;
final int MODULUS = 1000000007;
for (char c : key.toCharArray()) {
hash = (hash + (int) c) % MODULUS;
}
return (int) hash;
}
def mul_hash(key: str) -> int:
"""乘法哈希"""
hash = 0
modulus = 1000000007
for c in key:
hash = 31 * hash + ord(c)
return hash % modulus
/* 乘法哈希 */
int mulHash(String key) {
long hash = 0;
final int MODULUS = 1000000007;
for (char c : key.toCharArray()) {
hash = (31 * hash + (int) c) % MODULUS;
}
return (int) hash;
}
def xor_hash(key: str) -> int:
"""异或哈希"""
hash = 0
modulus = 1000000007
for c in key:
hash ^= ord(c)
return hash % modulus
/* 异或哈希 */
int xorHash(String key) {
int hash = 0;
final int MODULUS = 1000000007;
for (char c : key.toCharArray()) {
hash ^= (int) c;
}
return hash & MODULUS;
}
def rot_hash(key: str) -> int:
"""旋转哈希"""
hash = 0
modulus = 1000000007
for c in key:
hash = (hash << 4) ^ (hash >> 28) ^ ord(c)
return hash % modulus
/* 旋转哈希 */
int rotHash(String key) {
long hash = 0;
final int MODULUS = 1000000007;
for (char c : key.toCharArray()) {
hash = ((hash << 4) ^ (hash >> 28) ^ (int) c) % MODULUS;
}
return (int) hash;
}
```
=== "C#"
```csharp title="simple_hash.cs"
/* 加法哈希 */
int addHash(string key) {
long hash = 0;
const int MODULUS = 1000000007;
foreach (char c in key) {
hash = (hash + c) % MODULUS;
}
return (int)hash;
}
/* 乘法哈希 */
int mulHash(string key) {
long hash = 0;
const int MODULUS = 1000000007;
foreach (char c in key) {
hash = (31 * hash + c) % MODULUS;
}
return (int)hash;
}
/* 异或哈希 */
int xorHash(string key) {
int hash = 0;
const int MODULUS = 1000000007;
foreach (char c in key) {
hash ^= c;
}
return hash & MODULUS;
}
/* 旋转哈希 */
int rotHash(string key) {
long hash = 0;
const int MODULUS = 1000000007;
foreach (char c in key) {
hash = ((hash << 4) ^ (hash >> 28) ^ c) % MODULUS;
}
return (int)hash;
}
```
=== "Go"
@@ -228,6 +272,58 @@ index = hash(key) % capacity
}
```
=== "Swift"
```swift title="simple_hash.swift"
/* 加法哈希 */
func addHash(key: String) -> Int {
var hash = 0
let MODULUS = 1_000_000_007
for c in key {
for scalar in c.unicodeScalars {
hash = (hash + Int(scalar.value)) % MODULUS
}
}
return hash
}
/* 乘法哈希 */
func mulHash(key: String) -> Int {
var hash = 0
let MODULUS = 1_000_000_007
for c in key {
for scalar in c.unicodeScalars {
hash = (31 * hash + Int(scalar.value)) % MODULUS
}
}
return hash
}
/* 异或哈希 */
func xorHash(key: String) -> Int {
var hash = 0
let MODULUS = 1_000_000_007
for c in key {
for scalar in c.unicodeScalars {
hash ^= Int(scalar.value)
}
}
return hash & MODULUS
}
/* 旋转哈希 */
func rotHash(key: String) -> Int {
var hash = 0
let MODULUS = 1_000_000_007
for c in key {
for scalar in c.unicodeScalars {
hash = ((hash << 4) ^ (hash >> 28) ^ Int(scalar.value)) % MODULUS
}
}
return hash
}
```
=== "JS"
```javascript title="simple_hash.js"
@@ -316,126 +412,6 @@ index = hash(key) % capacity
}
```
=== "C"
```c title="simple_hash.c"
[class]{}-[func]{addHash}
[class]{}-[func]{mulHash}
[class]{}-[func]{xorHash}
[class]{}-[func]{rotHash}
```
=== "C#"
```csharp title="simple_hash.cs"
/* 加法哈希 */
int addHash(string key) {
long hash = 0;
const int MODULUS = 1000000007;
foreach (char c in key) {
hash = (hash + c) % MODULUS;
}
return (int)hash;
}
/* 乘法哈希 */
int mulHash(string key) {
long hash = 0;
const int MODULUS = 1000000007;
foreach (char c in key) {
hash = (31 * hash + c) % MODULUS;
}
return (int)hash;
}
/* 异或哈希 */
int xorHash(string key) {
int hash = 0;
const int MODULUS = 1000000007;
foreach (char c in key) {
hash ^= c;
}
return hash & MODULUS;
}
/* 旋转哈希 */
int rotHash(string key) {
long hash = 0;
const int MODULUS = 1000000007;
foreach (char c in key) {
hash = ((hash << 4) ^ (hash >> 28) ^ c) % MODULUS;
}
return (int)hash;
}
```
=== "Swift"
```swift title="simple_hash.swift"
/* 加法哈希 */
func addHash(key: String) -> Int {
var hash = 0
let MODULUS = 1_000_000_007
for c in key {
for scalar in c.unicodeScalars {
hash = (hash + Int(scalar.value)) % MODULUS
}
}
return hash
}
/* 乘法哈希 */
func mulHash(key: String) -> Int {
var hash = 0
let MODULUS = 1_000_000_007
for c in key {
for scalar in c.unicodeScalars {
hash = (31 * hash + Int(scalar.value)) % MODULUS
}
}
return hash
}
/* 异或哈希 */
func xorHash(key: String) -> Int {
var hash = 0
let MODULUS = 1_000_000_007
for c in key {
for scalar in c.unicodeScalars {
hash ^= Int(scalar.value)
}
}
return hash & MODULUS
}
/* 旋转哈希 */
func rotHash(key: String) -> Int {
var hash = 0
let MODULUS = 1_000_000_007
for c in key {
for scalar in c.unicodeScalars {
hash = ((hash << 4) ^ (hash >> 28) ^ Int(scalar.value)) % MODULUS
}
}
return hash
}
```
=== "Zig"
```zig title="simple_hash.zig"
[class]{}-[func]{addHash}
[class]{}-[func]{mulHash}
[class]{}-[func]{xorHash}
[class]{}-[func]{rotHash}
```
=== "Dart"
```dart title="simple_hash.dart"
@@ -492,6 +468,30 @@ index = hash(key) % capacity
[class]{}-[func]{rot_hash}
```
=== "C"
```c title="simple_hash.c"
[class]{}-[func]{addHash}
[class]{}-[func]{mulHash}
[class]{}-[func]{xorHash}
[class]{}-[func]{rotHash}
```
=== "Zig"
```zig title="simple_hash.zig"
[class]{}-[func]{addHash}
[class]{}-[func]{mulHash}
[class]{}-[func]{xorHash}
[class]{}-[func]{rotHash}
```
观察发现,每种哈希算法的最后一步都是对大质数 $1000000007$ 取模,以确保哈希值在合适的范围内。值得思考的是,为什么要强调对质数取模,或者说对合数取模的弊端是什么?这是一个有趣的问题。
先抛出结论:**当我们使用大质数作为模数时,可以最大化地保证哈希值的均匀分布**。因为质数不会与其他数字存在公约数,可以减少因取模操作而产生的周期性模式,从而避免哈希冲突。
@@ -559,57 +559,6 @@ $$
请注意,不同编程语言的内置哈希值计算函数的定义和方法不同。
=== "Java"
```java title="built_in_hash.java"
int num = 3;
int hashNum = Integer.hashCode(num);
// 整数 3 的哈希值为 3
boolean bol = true;
int hashBol = Boolean.hashCode(bol);
// 布尔量 true 的哈希值为 1231
double dec = 3.14159;
int hashDec = Double.hashCode(dec);
// 小数 3.14159 的哈希值为 -1340954729
String str = "Hello 算法";
int hashStr = str.hashCode();
// 字符串 Hello 算法 的哈希值为 -727081396
Object[] arr = { 12836, "小哈" };
int hashTup = Arrays.hashCode(arr);
// 数组 [12836, 小哈] 的哈希值为 1151158
ListNode obj = new ListNode(0);
int hashObj = obj.hashCode();
// 节点对象 utils.ListNode@7dc5e7b4 的哈希值为 2110121908
```
=== "C++"
```cpp title="built_in_hash.cpp"
int num = 3;
size_t hashNum = hash<int>()(num);
// 整数 3 的哈希值为 3
bool bol = true;
size_t hashBol = hash<bool>()(bol);
// 布尔量 1 的哈希值为 1
double dec = 3.14159;
size_t hashDec = hash<double>()(dec);
// 小数 3.14159 的哈希值为 4614256650576692846
string str = "Hello 算法";
size_t hashStr = hash<string>()(str);
// 字符串 Hello 算法 的哈希值为 15466937326284535026
// 在 C++ 中,内置 std:hash() 仅提供基本数据类型的哈希值计算
// 数组、对象的哈希值计算需要自行实现
```
=== "Python"
```python title="built_in_hash.py"
@@ -638,28 +587,55 @@ $$
# 节点对象 <ListNode object at 0x1058fd810> 的哈希值为 274267521
```
=== "Go"
=== "C++"
```go title="built_in_hash.go"
```cpp title="built_in_hash.cpp"
int num = 3;
size_t hashNum = hash<int>()(num);
// 整数 3 的哈希值为 3
bool bol = true;
size_t hashBol = hash<bool>()(bol);
// 布尔量 1 的哈希值为 1
double dec = 3.14159;
size_t hashDec = hash<double>()(dec);
// 小数 3.14159 的哈希值为 4614256650576692846
string str = "Hello 算法";
size_t hashStr = hash<string>()(str);
// 字符串 Hello 算法 的哈希值为 15466937326284535026
// 在 C++ 中,内置 std:hash() 仅提供基本数据类型的哈希值计算
// 数组、对象的哈希值计算需要自行实现
```
=== "JS"
=== "Java"
```javascript title="built_in_hash.js"
// JavaScript 未提供内置 hash code 函数
```
```java title="built_in_hash.java"
int num = 3;
int hashNum = Integer.hashCode(num);
// 整数 3 的哈希值为 3
=== "TS"
boolean bol = true;
int hashBol = Boolean.hashCode(bol);
// 布尔量 true 的哈希值为 1231
```typescript title="built_in_hash.ts"
// TypeScript 未提供内置 hash code 函数
```
double dec = 3.14159;
int hashDec = Double.hashCode(dec);
// 小数 3.14159 的哈希值为 -1340954729
=== "C"
String str = "Hello 算法";
int hashStr = str.hashCode();
// 字符串 Hello 算法 的哈希值为 -727081396
```c title="built_in_hash.c"
Object[] arr = { 12836, "小哈" };
int hashTup = Arrays.hashCode(arr);
// 数组 [12836, 小哈] 的哈希值为 1151158
ListNode obj = new ListNode(0);
int hashObj = obj.hashCode();
// 节点对象 utils.ListNode@7dc5e7b4 的哈希值为 2110121908
```
=== "C#"
@@ -690,6 +666,12 @@ $$
// 节点对象 0 的哈希值为 39053774;
```
=== "Go"
```go title="built_in_hash.go"
```
=== "Swift"
```swift title="built_in_hash.swift"
@@ -718,10 +700,16 @@ $$
// 节点对象 utils.ListNode 的哈希值为 -2434780518035996159
```
=== "Zig"
=== "JS"
```zig title="built_in_hash.zig"
```javascript title="built_in_hash.js"
// JavaScript 未提供内置 hash code 函数
```
=== "TS"
```typescript title="built_in_hash.ts"
// TypeScript 未提供内置 hash code 函数
```
=== "Dart"
@@ -758,6 +746,18 @@ $$
```
=== "C"
```c title="built_in_hash.c"
```
=== "Zig"
```zig title="built_in_hash.zig"
```
在许多编程语言中,**只有不可变对象才可作为哈希表的 `key`** 。假如我们将列表(动态数组)作为 `key` ,当列表的内容发生变化时,它的哈希值也随之改变,我们就无法在哈希表中查询到原先的 `value` 了。
虽然自定义对象(比如链表节点)的成员变量是可变的,但它是可哈希的。**这是因为对象的哈希值通常是基于内存地址生成的**,即使对象的内容发生了变化,但它的内存地址不变,哈希值仍然是不变的。

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@@ -26,18 +26,16 @@ comments: true
- 由于叶节点没有子节点,因此无需对它们执行堆化。最后一个节点的父节点是最后一个非叶节点。
- 在倒序遍历中,我们能够保证当前节点之下的子树已经完成堆化(已经是合法的堆),而这是堆化当前节点的前置条件。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="my_heap.java"
/* 构造方法,根据输入列表建堆 */
MaxHeap(List<Integer> nums) {
// 将列表元素原封不动添加进堆
maxHeap = new ArrayList<>(nums);
// 堆化除叶节点以外的其他所有节点
for (int i = parent(size() - 1); i >= 0; i--) {
siftDown(i);
}
}
```python title="my_heap.py"
def __init__(self, nums: list[int]):
"""构造方法,根据输入列表建堆"""
# 将列表元素原封不动添加进堆
self.max_heap = nums
# 堆化除叶节点以外的其他所有节点
for i in range(self.parent(self.size() - 1), -1, -1):
self.sift_down(i)
```
=== "C++"
@@ -54,16 +52,33 @@ comments: true
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="my_heap.py"
def __init__(self, nums: list[int]):
"""构造方法,根据输入列表建堆"""
# 将列表元素原封不动添加进堆
self.max_heap = nums
# 堆化除叶节点以外的其他所有节点
for i in range(self.parent(self.size() - 1), -1, -1):
self.sift_down(i)
```java title="my_heap.java"
/* 构造方法,根据输入列表建堆 */
MaxHeap(List<Integer> nums) {
// 将列表元素原封不动添加进堆
maxHeap = new ArrayList<>(nums);
// 堆化除叶节点以外的其他所有节点
for (int i = parent(size() - 1); i >= 0; i--) {
siftDown(i);
}
}
```
=== "C#"
```csharp title="my_heap.cs"
/* 构造函数,根据输入列表建堆 */
MaxHeap(IEnumerable<int> nums) {
// 将列表元素原封不动添加进堆
maxHeap = new List<int>(nums);
// 堆化除叶节点以外的其他所有节点
var size = parent(this.size() - 1);
for (int i = size; i >= 0; i--) {
siftDown(i);
}
}
```
=== "Go"
@@ -81,6 +96,20 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="my_heap.swift"
/* 构造方法,根据输入列表建堆 */
init(nums: [Int]) {
// 将列表元素原封不动添加进堆
maxHeap = nums
// 堆化除叶节点以外的其他所有节点
for i in stride(from: parent(i: size() - 1), through: 0, by: -1) {
siftDown(i: i)
}
}
```
=== "JS"
```javascript title="my_heap.js"
@@ -109,69 +138,6 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="my_heap.c"
/* 构造函数,根据切片建堆 */
maxHeap *newMaxHeap(int nums[], int size) {
// 所有元素入堆
maxHeap *h = (maxHeap *)malloc(sizeof(maxHeap));
h->size = size;
memcpy(h->data, nums, size * sizeof(int));
for (int i = parent(size - 1); i >= 0; i--) {
// 堆化除叶节点以外的其他所有节点
siftDown(h, i);
}
return h;
}
```
=== "C#"
```csharp title="my_heap.cs"
/* 构造函数,根据输入列表建堆 */
MaxHeap(IEnumerable<int> nums) {
// 将列表元素原封不动添加进堆
maxHeap = new List<int>(nums);
// 堆化除叶节点以外的其他所有节点
var size = parent(this.size() - 1);
for (int i = size; i >= 0; i--) {
siftDown(i);
}
}
```
=== "Swift"
```swift title="my_heap.swift"
/* 构造方法,根据输入列表建堆 */
init(nums: [Int]) {
// 将列表元素原封不动添加进堆
maxHeap = nums
// 堆化除叶节点以外的其他所有节点
for i in stride(from: parent(i: size() - 1), through: 0, by: -1) {
siftDown(i: i)
}
}
```
=== "Zig"
```zig title="my_heap.zig"
// 构造方法,根据输入列表建堆
fn init(self: *Self, allocator: std.mem.Allocator, nums: []const T) !void {
if (self.max_heap != null) return;
self.max_heap = std.ArrayList(T).init(allocator);
// 将列表元素原封不动添加进堆
try self.max_heap.?.appendSlice(nums);
// 堆化除叶节点以外的其他所有节点
var i: usize = parent(self.size() - 1) + 1;
while (i > 0) : (i -= 1) {
try self.siftDown(i - 1);
}
}
```
=== "Dart"
```dart title="my_heap.dart"
@@ -201,6 +167,40 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="my_heap.c"
/* 构造函数,根据切片建堆 */
maxHeap *newMaxHeap(int nums[], int size) {
// 所有元素入堆
maxHeap *h = (maxHeap *)malloc(sizeof(maxHeap));
h->size = size;
memcpy(h->data, nums, size * sizeof(int));
for (int i = parent(size - 1); i >= 0; i--) {
// 堆化除叶节点以外的其他所有节点
siftDown(h, i);
}
return h;
}
```
=== "Zig"
```zig title="my_heap.zig"
// 构造方法,根据输入列表建堆
fn init(self: *Self, allocator: std.mem.Allocator, nums: []const T) !void {
if (self.max_heap != null) return;
self.max_heap = std.ArrayList(T).init(allocator);
// 将列表元素原封不动添加进堆
try self.max_heap.?.appendSlice(nums);
// 堆化除叶节点以外的其他所有节点
var i: usize = parent(self.size() - 1) + 1;
while (i > 0) : (i -= 1) {
try self.siftDown(i - 1);
}
}
```
## 8.2.3 &nbsp; 复杂度分析
下面,我们来尝试推算第二种建堆方法的时间复杂度。

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@@ -76,26 +76,22 @@ comments: true
另外,该方法适用于动态数据流的使用场景。在不断加入数据时,我们可以持续维护堆内的元素,从而实现最大 $k$ 个元素的动态更新。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="top_k.java"
/* 基于堆查找数组中最大的 k 个元素 */
Queue<Integer> topKHeap(int[] nums, int k) {
Queue<Integer> heap = new PriorityQueue<Integer>();
// 将数组的前 k 个元素入堆
for (int i = 0; i < k; i++) {
heap.offer(nums[i]);
}
// 从第 k+1 个元素开始,保持堆的长度为 k
for (int i = k; i < nums.length; i++) {
// 若当前元素大于堆顶元素,则将堆顶元素出堆、当前元素入堆
if (nums[i] > heap.peek()) {
heap.poll();
heap.offer(nums[i]);
}
}
return heap;
}
```python title="top_k.py"
def top_k_heap(nums: list[int], k: int) -> list[int]:
"""基于堆查找数组中最大的 k 个元素"""
heap = []
# 将数组的前 k 个元素入堆
for i in range(k):
heapq.heappush(heap, nums[i])
# 从第 k+1 个元素开始,保持堆的长度为 k
for i in range(k, len(nums)):
# 若当前元素大于堆顶元素,则将堆顶元素出堆、当前元素入堆
if nums[i] > heap[0]:
heapq.heappop(heap)
heapq.heappush(heap, nums[i])
return heap
```
=== "C++"
@@ -120,22 +116,48 @@ comments: true
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="top_k.py"
def top_k_heap(nums: list[int], k: int) -> list[int]:
"""基于堆查找数组中最大的 k 个元素"""
heap = []
# 将数组的前 k 个元素入堆
for i in range(k):
heapq.heappush(heap, nums[i])
# 从第 k+1 个元素开始,保持堆的长度为 k
for i in range(k, len(nums)):
# 若当前元素大于堆顶元素,则将堆顶元素出堆、当前元素入堆
if nums[i] > heap[0]:
heapq.heappop(heap)
heapq.heappush(heap, nums[i])
return heap
```java title="top_k.java"
/* 基于堆查找数组中最大的 k 个元素 */
Queue<Integer> topKHeap(int[] nums, int k) {
Queue<Integer> heap = new PriorityQueue<Integer>();
// 将数组的前 k 个元素入堆
for (int i = 0; i < k; i++) {
heap.offer(nums[i]);
}
// 从第 k+1 个元素开始,保持堆的长度为 k
for (int i = k; i < nums.length; i++) {
// 若当前元素大于堆顶元素,则将堆顶元素出堆、当前元素入堆
if (nums[i] > heap.peek()) {
heap.poll();
heap.offer(nums[i]);
}
}
return heap;
}
```
=== "C#"
```csharp title="top_k.cs"
/* 基于堆查找数组中最大的 k 个元素 */
PriorityQueue<int, int> topKHeap(int[] nums, int k) {
PriorityQueue<int, int> heap = new PriorityQueue<int, int>();
// 将数组的前 k 个元素入堆
for (int i = 0; i < k; i++) {
heap.Enqueue(nums[i], nums[i]);
}
// 从第 k+1 个元素开始,保持堆的长度为 k
for (int i = k; i < nums.Length; i++) {
// 若当前元素大于堆顶元素,则将堆顶元素出堆、当前元素入堆
if (nums[i] > heap.Peek()) {
heap.Dequeue();
heap.Enqueue(nums[i], nums[i]);
}
}
return heap;
}
```
=== "Go"
@@ -161,46 +183,6 @@ comments: true
}
```
=== "JS"
```javascript title="top_k.js"
[class]{}-[func]{topKHeap}
```
=== "TS"
```typescript title="top_k.ts"
[class]{}-[func]{topKHeap}
```
=== "C"
```c title="top_k.c"
[class]{}-[func]{topKHeap}
```
=== "C#"
```csharp title="top_k.cs"
/* 基于堆查找数组中最大的 k 个元素 */
PriorityQueue<int, int> topKHeap(int[] nums, int k) {
PriorityQueue<int, int> heap = new PriorityQueue<int, int>();
// 将数组的前 k 个元素入堆
for (int i = 0; i < k; i++) {
heap.Enqueue(nums[i], nums[i]);
}
// 从第 k+1 个元素开始,保持堆的长度为 k
for (int i = k; i < nums.Length; i++) {
// 若当前元素大于堆顶元素,则将堆顶元素出堆、当前元素入堆
if (nums[i] > heap.Peek()) {
heap.Dequeue();
heap.Enqueue(nums[i], nums[i]);
}
}
return heap;
}
```
=== "Swift"
```swift title="top_k.swift"
@@ -220,9 +202,15 @@ comments: true
}
```
=== "Zig"
=== "JS"
```zig title="top_k.zig"
```javascript title="top_k.js"
[class]{}-[func]{topKHeap}
```
=== "TS"
```typescript title="top_k.ts"
[class]{}-[func]{topKHeap}
```
@@ -267,3 +255,15 @@ comments: true
heap
}
```
=== "C"
```c title="top_k.c"
[class]{}-[func]{topKHeap}
```
=== "Zig"
```zig title="top_k.zig"
[class]{}-[func]{topKHeap}
```

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@@ -17,17 +17,17 @@ comments: true
- 当涉及到编程语言之间不一致的名词时,本书均以 Python 为准,例如使用 $\text{None}$ 来表示“空”。
- 本书部分放弃了编程语言的注释规范,以换取更加紧凑的内容排版。注释主要分为三种类型:标题注释、内容注释、多行注释。
=== "Java"
=== "Python"
```java title=""
/* 标题注释,用于标注函数、类、测试样例等 */
```python title=""
"""标题注释,用于标注函数、类、测试样例等"""
// 内容注释,用于详解代码
# 内容注释,用于详解代码
/**
* 多行
* 注释
*/
"""
多行
注释
"""
```
=== "C++"
@@ -43,17 +43,30 @@ comments: true
*/
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title=""
"""标题注释,用于标注函数、类、测试样例等"""
```java title=""
/* 标题注释,用于标注函数、类、测试样例等 */
# 内容注释,用于详解代码
// 内容注释,用于详解代码
"""
多行
注释
"""
/**
* 多行
* 注释
*/
```
=== "C#"
```csharp title=""
/* 标题注释,用于标注函数、类、测试样例等 */
// 内容注释,用于详解代码
/**
* 多行
* 注释
*/
```
=== "Go"
@@ -69,6 +82,19 @@ comments: true
*/
```
=== "Swift"
```swift title=""
/* 标题注释,用于标注函数、类、测试样例等 */
// 内容注释,用于详解代码
/**
* 多行
* 注释
*/
```
=== "JS"
```javascript title=""
@@ -95,6 +121,25 @@ comments: true
*/
```
=== "Dart"
```dart title=""
/* 标题注释,用于标注函数、类、测试样例等 */
// 内容注释,用于详解代码
/**
* 多行
* 注释
*/
```
=== "Rust"
```rust title=""
```
=== "C"
```c title=""
@@ -108,32 +153,6 @@ comments: true
*/
```
=== "C#"
```csharp title=""
/* 标题注释,用于标注函数、类、测试样例等 */
// 内容注释,用于详解代码
/**
* 多行
* 注释
*/
```
=== "Swift"
```swift title=""
/* 标题注释,用于标注函数、类、测试样例等 */
// 内容注释,用于详解代码
/**
* 多行
* 注释
*/
```
=== "Zig"
```zig title=""
@@ -145,25 +164,6 @@ comments: true
// 注释
```
=== "Dart"
```dart title=""
/* 标题注释,用于标注函数、类、测试样例等 */
// 内容注释,用于详解代码
/**
* 多行
* 注释
*/
```
=== "Rust"
```rust title=""
```
## 0.2.2 &nbsp; 在动画图解中高效学习
相较于文字,视频和图片具有更高的信息密度和结构化程度,更易于理解。在本书中,**重点和难点知识将主要通过动画和图解形式展示**,而文字则作为动画和图片的解释与补充。

View File

@@ -51,26 +51,24 @@ comments: true
值得注意的是,由于 $i$ 和 $j$ 都是 `int` 类型,**因此 $i + j$ 可能会超出 `int` 类型的取值范围**。为了避免大数越界,我们通常采用公式 $m = \lfloor {i + (j - i) / 2} \rfloor$ 来计算中点。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="binary_search.java"
/* 二分查找(双闭区间) */
int binarySearch(int[] nums, int target) {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
int i = 0, j = nums.length - 1;
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i > j 时为空)
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
else // 找到目标元素,返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```python title="binary_search.py"
def binary_search(nums: list[int], target: int) -> int:
"""二分查找(双闭区间)"""
# 初始化双闭区间 [0, n-1] ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
i, j = 0, len(nums) - 1
# 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i > j 时为空)
while i <= j:
# 理论上 Python 的数字可以无限大(取决于内存大小),无须考虑大数越界问题
m = (i + j) // 2 # 计算中点索引 m
if nums[m] < target:
i = m + 1 # 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
elif nums[m] > target:
j = m - 1 # 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
else:
return m # 找到目标元素,返回其索引
return -1 # 未找到目标元素,返回 -1
```
=== "C++"
@@ -95,24 +93,48 @@ comments: true
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="binary_search.py"
def binary_search(nums: list[int], target: int) -> int:
"""二分查找(双闭区间)"""
# 初始化双闭区间 [0, n-1] ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
i, j = 0, len(nums) - 1
# 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i > j 时为空)
while i <= j:
# 理论上 Python 的数字可以无限大(取决于内存大小),无须考虑大数越界问题
m = (i + j) // 2 # 计算中点索引 m
if nums[m] < target:
i = m + 1 # 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
elif nums[m] > target:
j = m - 1 # 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
else:
return m # 找到目标元素,返回其索引
return -1 # 未找到目标元素,返回 -1
```java title="binary_search.java"
/* 二分查找(双闭区间) */
int binarySearch(int[] nums, int target) {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
int i = 0, j = nums.length - 1;
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i > j 时为空)
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
else // 找到目标元素,返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_search.cs"
/* 二分查找(双闭区间) */
int binarySearch(int[] nums, int target) {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
int i = 0, j = nums.Length - 1;
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i > j 时为空)
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
else // 找到目标元素,返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```
=== "Go"
@@ -138,6 +160,30 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_search.swift"
/* 二分查找(双闭区间) */
func binarySearch(nums: [Int], target: Int) -> Int {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
var i = 0
var j = nums.count - 1
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i > j 时为空)
while i <= j {
let m = i + (j - i) / 2 // 计算中点索引 m
if nums[m] < target { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1
} else if nums[m] > target { // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1
} else { // 找到目标元素,返回其索引
return m
}
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1
}
```
=== "JS"
```javascript title="binary_search.js"
@@ -190,98 +236,6 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="binary_search.c"
/* 二分查找(双闭区间) */
int binarySearch(int *nums, int len, int target) {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
int i = 0, j = len - 1;
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i > j 时为空)
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
else // 找到目标元素,返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_search.cs"
/* 二分查找(双闭区间) */
int binarySearch(int[] nums, int target) {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
int i = 0, j = nums.Length - 1;
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i > j 时为空)
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
else // 找到目标元素,返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_search.swift"
/* 二分查找(双闭区间) */
func binarySearch(nums: [Int], target: Int) -> Int {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
var i = 0
var j = nums.count - 1
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i > j 时为空)
while i <= j {
let m = i + (j - i) / 2 // 计算中点索引 m
if nums[m] < target { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1
} else if nums[m] > target { // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1
} else { // 找到目标元素,返回其索引
return m
}
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1
}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_search.zig"
// 二分查找(双闭区间)
fn binarySearch(comptime T: type, nums: std.ArrayList(T), target: T) T {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
var i: usize = 0;
var j: usize = nums.items.len - 1;
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i > j 时为空)
while (i <= j) {
var m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums.items[m] < target) { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
} else if (nums.items[m] > target) { // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
} else { // 找到目标元素,返回其索引
return @intCast(m);
}
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```
=== "Dart"
```dart title="binary_search.dart"
@@ -332,6 +286,52 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="binary_search.c"
/* 二分查找(双闭区间) */
int binarySearch(int *nums, int len, int target) {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
int i = 0, j = len - 1;
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i > j 时为空)
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
else // 找到目标元素,返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_search.zig"
// 二分查找(双闭区间)
fn binarySearch(comptime T: type, nums: std.ArrayList(T), target: T) T {
// 初始化双闭区间 [0, n-1] ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素
var i: usize = 0;
var j: usize = nums.items.len - 1;
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i > j 时为空)
while (i <= j) {
var m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums.items[m] < target) { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j] 中
i = m + 1;
} else if (nums.items[m] > target) { // 此情况说明 target 在区间 [i, m-1] 中
j = m - 1;
} else { // 找到目标元素,返回其索引
return @intCast(m);
}
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```
**时间复杂度 $O(\log n)$** :在二分循环中,区间每轮缩小一半,循环次数为 $\log_2 n$ 。
**空间复杂度 $O(1)$** :指针 $i$ 和 $j$ 使用常数大小空间。
@@ -342,26 +342,23 @@ comments: true
我们可以基于该表示实现具有相同功能的二分查找算法。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="binary_search.java"
/* 二分查找(左闭右开) */
int binarySearchLCRO(int[] nums, int target) {
// 初始化左闭右开 [0, n) ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
int i = 0, j = nums.length;
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i = j 时为空)
while (i < j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m;
else // 找到目标元素,返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```python title="binary_search.py"
def binary_search_lcro(nums: list[int], target: int) -> int:
"""二分查找(左闭右开)"""
# 初始化左闭右开 [0, n) ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
i, j = 0, len(nums)
# 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i = j 时为空)
while i < j:
m = (i + j) // 2 # 计算中点索引 m
if nums[m] < target:
i = m + 1 # 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
elif nums[m] > target:
j = m # 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
else:
return m # 找到目标元素,返回其索引
return -1 # 未找到目标元素,返回 -1
```
=== "C++"
@@ -386,23 +383,48 @@ comments: true
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="binary_search.py"
def binary_search_lcro(nums: list[int], target: int) -> int:
"""二分查找(左闭右开)"""
# 初始化左闭右开 [0, n) ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
i, j = 0, len(nums)
# 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i = j 时为空)
while i < j:
m = (i + j) // 2 # 计算中点索引 m
if nums[m] < target:
i = m + 1 # 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
elif nums[m] > target:
j = m # 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
else:
return m # 找到目标元素,返回其索引
return -1 # 未找到目标元素,返回 -1
```java title="binary_search.java"
/* 二分查找(左闭右开) */
int binarySearchLCRO(int[] nums, int target) {
// 初始化左闭右开 [0, n) ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
int i = 0, j = nums.length;
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i = j 时为空)
while (i < j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m;
else // 找到目标元素,返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_search.cs"
/* 二分查找(左闭右开) */
int binarySearchLCRO(int[] nums, int target) {
// 初始化左闭右开 [0, n) ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
int i = 0, j = nums.Length;
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i = j 时为空)
while (i < j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m;
else // 找到目标元素,返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```
=== "Go"
@@ -428,6 +450,30 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_search.swift"
/* 二分查找(左闭右开) */
func binarySearchLCRO(nums: [Int], target: Int) -> Int {
// 初始化左闭右开 [0, n) ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
var i = 0
var j = nums.count
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i = j 时为空)
while i < j {
let m = i + (j - i) / 2 // 计算中点索引 m
if nums[m] < target { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1
} else if nums[m] > target { // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m
} else { // 找到目标元素,返回其索引
return m
}
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1
}
```
=== "JS"
```javascript title="binary_search.js"
@@ -481,98 +527,6 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="binary_search.c"
/* 二分查找(左闭右开) */
int binarySearchLCRO(int *nums, int len, int target) {
// 初始化左闭右开 [0, n) ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
int i = 0, j = len;
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i = j 时为空)
while (i < j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m;
else // 找到目标元素,返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_search.cs"
/* 二分查找(左闭右开) */
int binarySearchLCRO(int[] nums, int target) {
// 初始化左闭右开 [0, n) ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
int i = 0, j = nums.Length;
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i = j 时为空)
while (i < j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m;
else // 找到目标元素,返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_search.swift"
/* 二分查找(左闭右开) */
func binarySearchLCRO(nums: [Int], target: Int) -> Int {
// 初始化左闭右开 [0, n) ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
var i = 0
var j = nums.count
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i = j 时为空)
while i < j {
let m = i + (j - i) / 2 // 计算中点索引 m
if nums[m] < target { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1
} else if nums[m] > target { // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m
} else { // 找到目标元素,返回其索引
return m
}
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1
}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_search.zig"
// 二分查找(左闭右开)
fn binarySearchLCRO(comptime T: type, nums: std.ArrayList(T), target: T) T {
// 初始化左闭右开 [0, n) ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
var i: usize = 0;
var j: usize = nums.items.len;
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i = j 时为空)
while (i <= j) {
var m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums.items[m] < target) { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
} else if (nums.items[m] > target) { // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m;
} else { // 找到目标元素,返回其索引
return @intCast(m);
}
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```
=== "Dart"
```dart title="binary_search.dart"
@@ -623,6 +577,52 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="binary_search.c"
/* 二分查找(左闭右开) */
int binarySearchLCRO(int *nums, int len, int target) {
// 初始化左闭右开 [0, n) ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
int i = 0, j = len;
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i = j 时为空)
while (i < j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m;
else // 找到目标元素,返回其索引
return m;
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_search.zig"
// 二分查找(左闭右开)
fn binarySearchLCRO(comptime T: type, nums: std.ArrayList(T), target: T) T {
// 初始化左闭右开 [0, n) ,即 i, j 分别指向数组首元素、尾元素+1
var i: usize = 0;
var j: usize = nums.items.len;
// 循环,当搜索区间为空时跳出(当 i = j 时为空)
while (i <= j) {
var m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums.items[m] < target) { // 此情况说明 target 在区间 [m+1, j) 中
i = m + 1;
} else if (nums.items[m] > target) { // 此情况说明 target 在区间 [i, m) 中
j = m;
} else { // 找到目标元素,返回其索引
return @intCast(m);
}
}
// 未找到目标元素,返回 -1
return -1;
}
```
如图 10-3 所示,在两种区间表示下,二分查找算法的初始化、循环条件和缩小区间操作皆有所不同。
由于“双闭区间”表示中的左右边界都被定义为闭区间,因此指针 $i$ 和 $j$ 缩小区间操作也是对称的。这样更不容易出错,**因此一般建议采用“双闭区间”的写法**。

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@@ -20,20 +20,18 @@ status: new
当遇到以上两种情况时,直接返回 $-1$ 即可。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="binary_search_edge.java"
/* 二分查找最左一个 target */
int binarySearchLeftEdge(int[] nums, int target) {
// 等价于查找 target 的插入点
int i = binary_search_insertion.binarySearchInsertion(nums, target);
// 未找到 target ,返回 -1
if (i == nums.length || nums[i] != target) {
return -1;
}
// 找到 target ,返回索引 i
return i;
}
```python title="binary_search_edge.py"
def binary_search_left_edge(nums: list[int], target: int) -> int:
"""二分查找最左一个 target"""
# 等价于查找 target 的插入点
i = binary_search_insertion(nums, target)
# 未找到 target ,返回 -1
if i == len(nums) or nums[i] != target:
return -1
# 找到 target ,返回索引 i
return i
```
=== "C++"
@@ -52,18 +50,36 @@ status: new
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="binary_search_edge.py"
def binary_search_left_edge(nums: list[int], target: int) -> int:
"""二分查找最左一个 target"""
# 等价于查找 target 的插入点
i = binary_search_insertion(nums, target)
# 未找到 target ,返回 -1
if i == len(nums) or nums[i] != target:
return -1
# 找到 target ,返回索引 i
return i
```java title="binary_search_edge.java"
/* 二分查找最左一个 target */
int binarySearchLeftEdge(int[] nums, int target) {
// 等价于查找 target 的插入点
int i = binary_search_insertion.binarySearchInsertion(nums, target);
// 未找到 target ,返回 -1
if (i == nums.length || nums[i] != target) {
return -1;
}
// 找到 target ,返回索引 i
return i;
}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_search_edge.cs"
/* 二分查找最左一个 target */
int binarySearchLeftEdge(int[] nums, int target) {
// 等价于查找 target 的插入点
int i = binary_search_insertion.binarySearchInsertion(nums, target);
// 未找到 target ,返回 -1
if (i == nums.Length || nums[i] != target) {
return -1;
}
// 找到 target ,返回索引 i
return i;
}
```
=== "Go"
@@ -82,6 +98,22 @@ status: new
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_search_edge.swift"
/* 二分查找最左一个 target */
func binarySearchLeftEdge(nums: [Int], target: Int) -> Int {
// 等价于查找 target 的插入点
let i = binarySearchInsertion(nums: nums, target: target)
// 未找到 target ,返回 -1
if i == nums.count || nums[i] != target {
return -1
}
// 找到 target ,返回索引 i
return i
}
```
=== "JS"
```javascript title="binary_search_edge.js"
@@ -114,50 +146,6 @@ status: new
}
```
=== "C"
```c title="binary_search_edge.c"
[class]{}-[func]{binarySearchLeftEdge}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_search_edge.cs"
/* 二分查找最左一个 target */
int binarySearchLeftEdge(int[] nums, int target) {
// 等价于查找 target 的插入点
int i = binary_search_insertion.binarySearchInsertion(nums, target);
// 未找到 target ,返回 -1
if (i == nums.Length || nums[i] != target) {
return -1;
}
// 找到 target ,返回索引 i
return i;
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_search_edge.swift"
/* 二分查找最左一个 target */
func binarySearchLeftEdge(nums: [Int], target: Int) -> Int {
// 等价于查找 target 的插入点
let i = binarySearchInsertion(nums: nums, target: target)
// 未找到 target ,返回 -1
if i == nums.count || nums[i] != target {
return -1
}
// 找到 target ,返回索引 i
return i
}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_search_edge.zig"
[class]{}-[func]{binarySearchLeftEdge}
```
=== "Dart"
```dart title="binary_search_edge.dart"
@@ -190,6 +178,18 @@ status: new
}
```
=== "C"
```c title="binary_search_edge.c"
[class]{}-[func]{binarySearchLeftEdge}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_search_edge.zig"
[class]{}-[func]{binarySearchLeftEdge}
```
## 10.3.2 &nbsp; 查找右边界
那么如何查找最右一个 `target` 呢?最直接的方式是修改代码,替换在 `nums[m] == target` 情况下的指针收缩操作。代码在此省略,有兴趣的同学可以自行实现。
@@ -208,22 +208,20 @@ status: new
请注意,返回的插入点是 $i$ ,因此需要将其减 $1$ ,从而获得 $j$ 。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="binary_search_edge.java"
/* 二分查找最右一个 target */
int binarySearchRightEdge(int[] nums, int target) {
// 转化为查找最左一个 target + 1
int i = binary_search_insertion.binarySearchInsertion(nums, target + 1);
// j 指向最右一个 target i 指向首个大于 target 的元素
int j = i - 1;
// 未找到 target ,返回 -1
if (j == -1 || nums[j] != target) {
return -1;
}
// 找到 target ,返回索引 j
return j;
}
```python title="binary_search_edge.py"
def binary_search_right_edge(nums: list[int], target: int) -> int:
"""二分查找最右一个 target"""
# 转化为查找最左一个 target + 1
i = binary_search_insertion(nums, target + 1)
# j 指向最右一个 target i 指向首个大于 target 的元素
j = i - 1
# 未找到 target ,返回 -1
if j == -1 or nums[j] != target:
return -1
# 找到 target ,返回索引 j
return j
```
=== "C++"
@@ -244,20 +242,40 @@ status: new
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="binary_search_edge.py"
def binary_search_right_edge(nums: list[int], target: int) -> int:
"""二分查找最右一个 target"""
# 转化为查找最左一个 target + 1
i = binary_search_insertion(nums, target + 1)
# j 指向最右一个 target i 指向首个大于 target 的元素
j = i - 1
# 未找到 target ,返回 -1
if j == -1 or nums[j] != target:
return -1
# 找到 target ,返回索引 j
return j
```java title="binary_search_edge.java"
/* 二分查找最右一个 target */
int binarySearchRightEdge(int[] nums, int target) {
// 转化为查找最左一个 target + 1
int i = binary_search_insertion.binarySearchInsertion(nums, target + 1);
// j 指向最右一个 target i 指向首个大于 target 的元素
int j = i - 1;
// 未找到 target ,返回 -1
if (j == -1 || nums[j] != target) {
return -1;
}
// 找到 target ,返回索引 j
return j;
}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_search_edge.cs"
/* 二分查找最右一个 target */
int binarySearchRightEdge(int[] nums, int target) {
// 转化为查找最左一个 target + 1
int i = binary_search_insertion.binarySearchInsertion(nums, target + 1);
// j 指向最右一个 target i 指向首个大于 target 的元素
int j = i - 1;
// 未找到 target ,返回 -1
if (j == -1 || nums[j] != target) {
return -1;
}
// 找到 target ,返回索引 j
return j;
}
```
=== "Go"
@@ -278,6 +296,24 @@ status: new
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_search_edge.swift"
/* 二分查找最右一个 target */
func binarySearchRightEdge(nums: [Int], target: Int) -> Int {
// 转化为查找最左一个 target + 1
let i = binarySearchInsertion(nums: nums, target: target + 1)
// j 指向最右一个 target i 指向首个大于 target 的元素
let j = i - 1
// 未找到 target ,返回 -1
if j == -1 || nums[j] != target {
return -1
}
// 找到 target ,返回索引 j
return j
}
```
=== "JS"
```javascript title="binary_search_edge.js"
@@ -314,54 +350,6 @@ status: new
}
```
=== "C"
```c title="binary_search_edge.c"
[class]{}-[func]{binarySearchRightEdge}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_search_edge.cs"
/* 二分查找最右一个 target */
int binarySearchRightEdge(int[] nums, int target) {
// 转化为查找最左一个 target + 1
int i = binary_search_insertion.binarySearchInsertion(nums, target + 1);
// j 指向最右一个 target i 指向首个大于 target 的元素
int j = i - 1;
// 未找到 target ,返回 -1
if (j == -1 || nums[j] != target) {
return -1;
}
// 找到 target ,返回索引 j
return j;
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_search_edge.swift"
/* 二分查找最右一个 target */
func binarySearchRightEdge(nums: [Int], target: Int) -> Int {
// 转化为查找最左一个 target + 1
let i = binarySearchInsertion(nums: nums, target: target + 1)
// j 指向最右一个 target i 指向首个大于 target 的元素
let j = i - 1
// 未找到 target ,返回 -1
if j == -1 || nums[j] != target {
return -1
}
// 找到 target ,返回索引 j
return j
}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_search_edge.zig"
[class]{}-[func]{binarySearchRightEdge}
```
=== "Dart"
```dart title="binary_search_edge.dart"
@@ -398,6 +386,18 @@ status: new
}
```
=== "C"
```c title="binary_search_edge.c"
[class]{}-[func]{binarySearchRightEdge}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_search_edge.zig"
[class]{}-[func]{binarySearchRightEdge}
```
### 2. &nbsp; 转化为查找元素
我们知道,当数组不包含 `target` 时,最终 $i$ 和 $j$ 会分别指向首个大于、小于 `target` 的元素。

View File

@@ -29,25 +29,22 @@ status: new
因此二分结束时一定有:$i$ 指向首个大于 `target` 的元素,$j$ 指向首个小于 `target` 的元素。**易得当数组不包含 `target` 时,插入索引为 $i$** 。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="binary_search_insertion.java"
/* 二分查找插入点(无重复元素) */
int binarySearchInsertionSimple(int[] nums, int target) {
int i = 0, j = nums.length - 1; // 初始化双闭区间 [0, n-1]
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) {
i = m + 1; // target 在区间 [m+1, j] 中
} else if (nums[m] > target) {
j = m - 1; // target 在区间 [i, m-1] 中
} else {
return m; // 找到 target ,返回插入点 m
}
}
// 未找到 target ,返回插入点 i
return i;
}
```python title="binary_search_insertion.py"
def binary_search_insertion_simple(nums: list[int], target: int) -> int:
"""二分查找插入点(无重复元素)"""
i, j = 0, len(nums) - 1 # 初始化双闭区间 [0, n-1]
while i <= j:
m = (i + j) // 2 # 计算中点索引 m
if nums[m] < target:
i = m + 1 # target 在区间 [m+1, j] 中
elif nums[m] > target:
j = m - 1 # target 在区间 [i, m-1] 中
else:
return m # 找到 target ,返回插入点 m
# 未找到 target ,返回插入点 i
return i
```
=== "C++"
@@ -71,22 +68,46 @@ status: new
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="binary_search_insertion.py"
def binary_search_insertion_simple(nums: list[int], target: int) -> int:
"""二分查找插入点(无重复元素)"""
i, j = 0, len(nums) - 1 # 初始化双闭区间 [0, n-1]
while i <= j:
m = (i + j) // 2 # 计算中点索引 m
if nums[m] < target:
i = m + 1 # target 在区间 [m+1, j] 中
elif nums[m] > target:
j = m - 1 # target 在区间 [i, m-1] 中
else:
return m # 找到 target ,返回插入点 m
# 未找到 target ,返回插入点 i
return i
```java title="binary_search_insertion.java"
/* 二分查找插入点(无重复元素) */
int binarySearchInsertionSimple(int[] nums, int target) {
int i = 0, j = nums.length - 1; // 初始化双闭区间 [0, n-1]
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) {
i = m + 1; // target 在区间 [m+1, j] 中
} else if (nums[m] > target) {
j = m - 1; // target 在区间 [i, m-1] 中
} else {
return m; // 找到 target ,返回插入点 m
}
}
// 未找到 target ,返回插入点 i
return i;
}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_search_insertion.cs"
/* 二分查找插入点(无重复元素) */
int binarySearchInsertionSimple(int[] nums, int target) {
int i = 0, j = nums.Length - 1; // 初始化双闭区间 [0, n-1]
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) {
i = m + 1; // target 在区间 [m+1, j] 中
} else if (nums[m] > target) {
j = m - 1; // target 在区间 [i, m-1] 中
} else {
return m; // 找到 target ,返回插入点 m
}
}
// 未找到 target ,返回插入点 i
return i;
}
```
=== "Go"
@@ -115,6 +136,27 @@ status: new
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_search_insertion.swift"
/* 二分查找插入点(无重复元素) */
func binarySearchInsertionSimple(nums: [Int], target: Int) -> Int {
var i = 0, j = nums.count - 1 // 初始化双闭区间 [0, n-1]
while i <= j {
let m = i + (j - i) / 2 // 计算中点索引 m
if nums[m] < target {
i = m + 1 // target 在区间 [m+1, j] 中
} else if nums[m] > target {
j = m - 1 // target 在区间 [i, m-1] 中
} else {
return m // 找到 target ,返回插入点 m
}
}
// 未找到 target ,返回插入点 i
return i
}
```
=== "JS"
```javascript title="binary_search_insertion.js"
@@ -162,60 +204,6 @@ status: new
}
```
=== "C"
```c title="binary_search_insertion.c"
[class]{}-[func]{binarySearchInsertionSimple}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_search_insertion.cs"
/* 二分查找插入点(无重复元素) */
int binarySearchInsertionSimple(int[] nums, int target) {
int i = 0, j = nums.Length - 1; // 初始化双闭区间 [0, n-1]
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) {
i = m + 1; // target 在区间 [m+1, j] 中
} else if (nums[m] > target) {
j = m - 1; // target 在区间 [i, m-1] 中
} else {
return m; // 找到 target ,返回插入点 m
}
}
// 未找到 target ,返回插入点 i
return i;
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_search_insertion.swift"
/* 二分查找插入点(无重复元素) */
func binarySearchInsertionSimple(nums: [Int], target: Int) -> Int {
var i = 0, j = nums.count - 1 // 初始化双闭区间 [0, n-1]
while i <= j {
let m = i + (j - i) / 2 // 计算中点索引 m
if nums[m] < target {
i = m + 1 // target 在区间 [m+1, j] 中
} else if nums[m] > target {
j = m - 1 // target 在区间 [i, m-1] 中
} else {
return m // 找到 target ,返回插入点 m
}
}
// 未找到 target ,返回插入点 i
return i
}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_search_insertion.zig"
[class]{}-[func]{binarySearchInsertionSimple}
```
=== "Dart"
```dart title="binary_search_insertion.dart"
@@ -258,6 +246,18 @@ status: new
}
```
=== "C"
```c title="binary_search_insertion.c"
[class]{}-[func]{binarySearchInsertionSimple}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_search_insertion.zig"
[class]{}-[func]{binarySearchInsertionSimple}
```
## 10.2.2 &nbsp; 存在重复元素的情况
!!! question
@@ -314,25 +314,22 @@ status: new
即便如此,我们仍然可以将判断条件保持展开,因为其逻辑更加清晰、可读性更好。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="binary_search_insertion.java"
/* 二分查找插入点(存在重复元素) */
int binarySearchInsertion(int[] nums, int target) {
int i = 0, j = nums.length - 1; // 初始化双闭区间 [0, n-1]
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) {
i = m + 1; // target 在区间 [m+1, j] 中
} else if (nums[m] > target) {
j = m - 1; // target 在区间 [i, m-1] 中
} else {
j = m - 1; // 首个小于 target 的元素在区间 [i, m-1] 中
}
}
// 返回插入点 i
return i;
}
```python title="binary_search_insertion.py"
def binary_search_insertion(nums: list[int], target: int) -> int:
"""二分查找插入点(存在重复元素)"""
i, j = 0, len(nums) - 1 # 初始化双闭区间 [0, n-1]
while i <= j:
m = (i + j) // 2 # 计算中点索引 m
if nums[m] < target:
i = m + 1 # target 在区间 [m+1, j] 中
elif nums[m] > target:
j = m - 1 # target 在区间 [i, m-1] 中
else:
j = m - 1 # 首个小于 target 的元素在区间 [i, m-1] 中
# 返回插入点 i
return i
```
=== "C++"
@@ -356,22 +353,46 @@ status: new
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="binary_search_insertion.py"
def binary_search_insertion(nums: list[int], target: int) -> int:
"""二分查找插入点(存在重复元素)"""
i, j = 0, len(nums) - 1 # 初始化双闭区间 [0, n-1]
while i <= j:
m = (i + j) // 2 # 计算中点索引 m
if nums[m] < target:
i = m + 1 # target 在区间 [m+1, j] 中
elif nums[m] > target:
j = m - 1 # target 在区间 [i, m-1] 中
else:
j = m - 1 # 首个小于 target 的元素在区间 [i, m-1] 中
# 返回插入点 i
return i
```java title="binary_search_insertion.java"
/* 二分查找插入点(存在重复元素) */
int binarySearchInsertion(int[] nums, int target) {
int i = 0, j = nums.length - 1; // 初始化双闭区间 [0, n-1]
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) {
i = m + 1; // target 在区间 [m+1, j] 中
} else if (nums[m] > target) {
j = m - 1; // target 在区间 [i, m-1] 中
} else {
j = m - 1; // 首个小于 target 的元素在区间 [i, m-1] 中
}
}
// 返回插入点 i
return i;
}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_search_insertion.cs"
/* 二分查找插入点(存在重复元素) */
int binarySearchInsertion(int[] nums, int target) {
int i = 0, j = nums.Length - 1; // 初始化双闭区间 [0, n-1]
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) {
i = m + 1; // target 在区间 [m+1, j] 中
} else if (nums[m] > target) {
j = m - 1; // target 在区间 [i, m-1] 中
} else {
j = m - 1; // 首个小于 target 的元素在区间 [i, m-1] 中
}
}
// 返回插入点 i
return i;
}
```
=== "Go"
@@ -400,6 +421,27 @@ status: new
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_search_insertion.swift"
/* 二分查找插入点(存在重复元素) */
func binarySearchInsertion(nums: [Int], target: Int) -> Int {
var i = 0, j = nums.count - 1 // 初始化双闭区间 [0, n-1]
while i <= j {
let m = i + (j - i) / 2 // 计算中点索引 m
if nums[m] < target {
i = m + 1 // target 在区间 [m+1, j] 中
} else if nums[m] > target {
j = m - 1 // target 在区间 [i, m-1] 中
} else {
j = m - 1 // 首个小于 target 的元素在区间 [i, m-1] 中
}
}
// 返回插入点 i
return i
}
```
=== "JS"
```javascript title="binary_search_insertion.js"
@@ -444,60 +486,6 @@ status: new
}
```
=== "C"
```c title="binary_search_insertion.c"
[class]{}-[func]{binarySearchInsertion}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_search_insertion.cs"
/* 二分查找插入点(存在重复元素) */
int binarySearchInsertion(int[] nums, int target) {
int i = 0, j = nums.Length - 1; // 初始化双闭区间 [0, n-1]
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // 计算中点索引 m
if (nums[m] < target) {
i = m + 1; // target 在区间 [m+1, j] 中
} else if (nums[m] > target) {
j = m - 1; // target 在区间 [i, m-1] 中
} else {
j = m - 1; // 首个小于 target 的元素在区间 [i, m-1] 中
}
}
// 返回插入点 i
return i;
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_search_insertion.swift"
/* 二分查找插入点(存在重复元素) */
func binarySearchInsertion(nums: [Int], target: Int) -> Int {
var i = 0, j = nums.count - 1 // 初始化双闭区间 [0, n-1]
while i <= j {
let m = i + (j - i) / 2 // 计算中点索引 m
if nums[m] < target {
i = m + 1 // target 在区间 [m+1, j] 中
} else if nums[m] > target {
j = m - 1 // target 在区间 [i, m-1] 中
} else {
j = m - 1 // 首个小于 target 的元素在区间 [i, m-1] 中
}
}
// 返回插入点 i
return i
}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_search_insertion.zig"
[class]{}-[func]{binarySearchInsertion}
```
=== "Dart"
```dart title="binary_search_insertion.dart"
@@ -540,6 +528,18 @@ status: new
}
```
=== "C"
```c title="binary_search_insertion.c"
[class]{}-[func]{binarySearchInsertion}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_search_insertion.zig"
[class]{}-[func]{binarySearchInsertion}
```
!!! tip
本节的代码都是“双闭区间”写法。有兴趣的读者可以自行实现“左闭右开”写法。

View File

@@ -18,21 +18,17 @@ comments: true
<p align="center"> 图 10-9 &nbsp; 线性查找求解两数之和 </p>
=== "Java"
=== "Python"
```java title="two_sum.java"
/* 方法一:暴力枚举 */
int[] twoSumBruteForce(int[] nums, int target) {
int size = nums.length;
// 两层循环,时间复杂度 O(n^2)
for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
for (int j = i + 1; j < size; j++) {
if (nums[i] + nums[j] == target)
return new int[] { i, j };
}
}
return new int[0];
}
```python title="two_sum.py"
def two_sum_brute_force(nums: list[int], target: int) -> list[int]:
"""方法一:暴力枚举"""
# 两层循环,时间复杂度 O(n^2)
for i in range(len(nums) - 1):
for j in range(i + 1, len(nums)):
if nums[i] + nums[j] == target:
return [i, j]
return []
```
=== "C++"
@@ -52,17 +48,38 @@ comments: true
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="two_sum.py"
def two_sum_brute_force(nums: list[int], target: int) -> list[int]:
"""方法一:暴力枚举"""
# 两层循环,时间复杂度 O(n^2)
for i in range(len(nums) - 1):
for j in range(i + 1, len(nums)):
if nums[i] + nums[j] == target:
return [i, j]
return []
```java title="two_sum.java"
/* 方法一:暴力枚举 */
int[] twoSumBruteForce(int[] nums, int target) {
int size = nums.length;
// 两层循环,时间复杂度 O(n^2)
for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
for (int j = i + 1; j < size; j++) {
if (nums[i] + nums[j] == target)
return new int[] { i, j };
}
}
return new int[0];
}
```
=== "C#"
```csharp title="two_sum.cs"
/* 方法一:暴力枚举 */
int[] twoSumBruteForce(int[] nums, int target) {
int size = nums.Length;
// 两层循环,时间复杂度 O(n^2)
for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
for (int j = i + 1; j < size; j++) {
if (nums[i] + nums[j] == target)
return new int[] { i, j };
}
}
return Array.Empty<int>();
}
```
=== "Go"
@@ -83,6 +100,23 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="two_sum.swift"
/* 方法一:暴力枚举 */
func twoSumBruteForce(nums: [Int], target: Int) -> [Int] {
// 两层循环,时间复杂度 O(n^2)
for i in nums.indices.dropLast() {
for j in nums.indices.dropFirst(i + 1) {
if nums[i] + nums[j] == target {
return [i, j]
}
}
}
return [0]
}
```
=== "JS"
```javascript title="two_sum.js"
@@ -119,80 +153,6 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="two_sum.c"
/* 方法一:暴力枚举 */
int *twoSumBruteForce(int *nums, int numsSize, int target, int *returnSize) {
for (int i = 0; i < numsSize; ++i) {
for (int j = i + 1; j < numsSize; ++j) {
if (nums[i] + nums[j] == target) {
int *res = malloc(sizeof(int) * 2);
res[0] = i, res[1] = j;
*returnSize = 2;
return res;
}
}
}
*returnSize = 0;
return NULL;
}
```
=== "C#"
```csharp title="two_sum.cs"
/* 方法一:暴力枚举 */
int[] twoSumBruteForce(int[] nums, int target) {
int size = nums.Length;
// 两层循环,时间复杂度 O(n^2)
for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
for (int j = i + 1; j < size; j++) {
if (nums[i] + nums[j] == target)
return new int[] { i, j };
}
}
return Array.Empty<int>();
}
```
=== "Swift"
```swift title="two_sum.swift"
/* 方法一:暴力枚举 */
func twoSumBruteForce(nums: [Int], target: Int) -> [Int] {
// 两层循环,时间复杂度 O(n^2)
for i in nums.indices.dropLast() {
for j in nums.indices.dropFirst(i + 1) {
if nums[i] + nums[j] == target {
return [i, j]
}
}
}
return [0]
}
```
=== "Zig"
```zig title="two_sum.zig"
// 方法一:暴力枚举
fn twoSumBruteForce(nums: []i32, target: i32) ?[2]i32 {
var size: usize = nums.len;
var i: usize = 0;
// 两层循环,时间复杂度 O(n^2)
while (i < size - 1) : (i += 1) {
var j = i + 1;
while (j < size) : (j += 1) {
if (nums[i] + nums[j] == target) {
return [_]i32{@intCast(i), @intCast(j)};
}
}
}
return null;
}
```
=== "Dart"
```dart title="two_sum.dart"
@@ -227,6 +187,46 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="two_sum.c"
/* 方法一:暴力枚举 */
int *twoSumBruteForce(int *nums, int numsSize, int target, int *returnSize) {
for (int i = 0; i < numsSize; ++i) {
for (int j = i + 1; j < numsSize; ++j) {
if (nums[i] + nums[j] == target) {
int *res = malloc(sizeof(int) * 2);
res[0] = i, res[1] = j;
*returnSize = 2;
return res;
}
}
}
*returnSize = 0;
return NULL;
}
```
=== "Zig"
```zig title="two_sum.zig"
// 方法一:暴力枚举
fn twoSumBruteForce(nums: []i32, target: i32) ?[2]i32 {
var size: usize = nums.len;
var i: usize = 0;
// 两层循环,时间复杂度 O(n^2)
while (i < size - 1) : (i += 1) {
var j = i + 1;
while (j < size) : (j += 1) {
if (nums[i] + nums[j] == target) {
return [_]i32{@intCast(i), @intCast(j)};
}
}
}
return null;
}
```
此方法的时间复杂度为 $O(n^2)$ ,空间复杂度为 $O(1)$ ,在大数据量下非常耗时。
## 10.4.2 &nbsp; 哈希查找:以空间换时间
@@ -249,23 +249,19 @@ comments: true
实现代码如下所示,仅需单层循环即可。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="two_sum.java"
/* 方法二:辅助哈希表 */
int[] twoSumHashTable(int[] nums, int target) {
int size = nums.length;
// 辅助哈希表,空间复杂度 O(n)
Map<Integer, Integer> dic = new HashMap<>();
// 单层循环,时间复杂度 O(n)
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (dic.containsKey(target - nums[i])) {
return new int[] { dic.get(target - nums[i]), i };
}
dic.put(nums[i], i);
}
return new int[0];
}
```python title="two_sum.py"
def two_sum_hash_table(nums: list[int], target: int) -> list[int]:
"""方法二:辅助哈希表"""
# 辅助哈希表,空间复杂度 O(n)
dic = {}
# 单层循环,时间复杂度 O(n)
for i in range(len(nums)):
if target - nums[i] in dic:
return [dic[target - nums[i]], i]
dic[nums[i]] = i
return []
```
=== "C++"
@@ -287,19 +283,42 @@ comments: true
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="two_sum.py"
def two_sum_hash_table(nums: list[int], target: int) -> list[int]:
"""方法二:辅助哈希表"""
# 辅助哈希表,空间复杂度 O(n)
dic = {}
# 单层循环,时间复杂度 O(n)
for i in range(len(nums)):
if target - nums[i] in dic:
return [dic[target - nums[i]], i]
dic[nums[i]] = i
return []
```java title="two_sum.java"
/* 方法二:辅助哈希表 */
int[] twoSumHashTable(int[] nums, int target) {
int size = nums.length;
// 辅助哈希表,空间复杂度 O(n)
Map<Integer, Integer> dic = new HashMap<>();
// 单层循环,时间复杂度 O(n)
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (dic.containsKey(target - nums[i])) {
return new int[] { dic.get(target - nums[i]), i };
}
dic.put(nums[i], i);
}
return new int[0];
}
```
=== "C#"
```csharp title="two_sum.cs"
/* 方法二:辅助哈希表 */
int[] twoSumHashTable(int[] nums, int target) {
int size = nums.Length;
// 辅助哈希表,空间复杂度 O(n)
Dictionary<int, int> dic = new();
// 单层循环,时间复杂度 O(n)
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (dic.ContainsKey(target - nums[i])) {
return new int[] { dic[target - nums[i]], i };
}
dic.Add(nums[i], i);
}
return Array.Empty<int>();
}
```
=== "Go"
@@ -320,6 +339,24 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="two_sum.swift"
/* 方法二:辅助哈希表 */
func twoSumHashTable(nums: [Int], target: Int) -> [Int] {
// 辅助哈希表,空间复杂度 O(n)
var dic: [Int: Int] = [:]
// 单层循环,时间复杂度 O(n)
for i in nums.indices {
if let j = dic[target - nums[i]] {
return [j, i]
}
dic[nums[i]] = i
}
return [0]
}
```
=== "JS"
```javascript title="two_sum.js"
@@ -359,6 +396,43 @@ comments: true
}
```
=== "Dart"
```dart title="two_sum.dart"
/* 方法二: 辅助哈希表 */
List<int> twoSumHashTable(List<int> nums, int target) {
int size = nums.length;
// 辅助哈希表,空间复杂度 O(n)
Map<int, int> dic = HashMap();
// 单层循环,时间复杂度 O(n)
for (var i = 0; i < size; i++) {
if (dic.containsKey(target - nums[i])) {
return [dic[target - nums[i]]!, i];
}
dic.putIfAbsent(nums[i], () => i);
}
return [0];
}
```
=== "Rust"
```rust title="two_sum.rs"
/* 方法二:辅助哈希表 */
pub fn two_sum_hash_table(nums: &Vec<i32>, target: i32) -> Option<Vec<i32>> {
// 辅助哈希表,空间复杂度 O(n)
let mut dic = HashMap::new();
// 单层循环,时间复杂度 O(n)
for (i, num) in nums.iter().enumerate() {
match dic.get(&(target - num)) {
Some(v) => return Some(vec![*v as i32, i as i32]),
None => dic.insert(num, i as i32)
};
}
None
}
```
=== "C"
```c title="two_sum.c"
@@ -408,43 +482,6 @@ comments: true
}
```
=== "C#"
```csharp title="two_sum.cs"
/* 方法二:辅助哈希表 */
int[] twoSumHashTable(int[] nums, int target) {
int size = nums.Length;
// 辅助哈希表,空间复杂度 O(n)
Dictionary<int, int> dic = new();
// 单层循环,时间复杂度 O(n)
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (dic.ContainsKey(target - nums[i])) {
return new int[] { dic[target - nums[i]], i };
}
dic.Add(nums[i], i);
}
return Array.Empty<int>();
}
```
=== "Swift"
```swift title="two_sum.swift"
/* 方法二:辅助哈希表 */
func twoSumHashTable(nums: [Int], target: Int) -> [Int] {
// 辅助哈希表,空间复杂度 O(n)
var dic: [Int: Int] = [:]
// 单层循环,时间复杂度 O(n)
for i in nums.indices {
if let j = dic[target - nums[i]] {
return [j, i]
}
dic[nums[i]] = i
}
return [0]
}
```
=== "Zig"
```zig title="two_sum.zig"
@@ -466,43 +503,6 @@ comments: true
}
```
=== "Dart"
```dart title="two_sum.dart"
/* 方法二: 辅助哈希表 */
List<int> twoSumHashTable(List<int> nums, int target) {
int size = nums.length;
// 辅助哈希表,空间复杂度 O(n)
Map<int, int> dic = HashMap();
// 单层循环,时间复杂度 O(n)
for (var i = 0; i < size; i++) {
if (dic.containsKey(target - nums[i])) {
return [dic[target - nums[i]]!, i];
}
dic.putIfAbsent(nums[i], () => i);
}
return [0];
}
```
=== "Rust"
```rust title="two_sum.rs"
/* 方法二:辅助哈希表 */
pub fn two_sum_hash_table(nums: &Vec<i32>, target: i32) -> Option<Vec<i32>> {
// 辅助哈希表,空间复杂度 O(n)
let mut dic = HashMap::new();
// 单层循环,时间复杂度 O(n)
for (i, num) in nums.iter().enumerate() {
match dic.get(&(target - num)) {
Some(v) => return Some(vec![*v as i32, i as i32]),
None => dic.insert(num, i as i32)
};
}
None
}
```
此方法通过哈希查找将时间复杂度从 $O(n^2)$ 降低至 $O(n)$ ,大幅提升运行效率。
由于需要维护一个额外的哈希表,因此空间复杂度为 $O(n)$ 。**尽管如此,该方法的整体时空效率更为均衡,因此它是本题的最优解法**。

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@@ -44,24 +44,19 @@ comments: true
<p align="center"> 图 11-5 &nbsp; 冒泡排序流程 </p>
=== "Java"
=== "Python"
```java title="bubble_sort.java"
/* 冒泡排序 */
void bubbleSort(int[] nums) {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
for (int i = nums.length - 1; i > 0; i--) {
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
// 交换 nums[j] nums[j + 1]
int tmp = nums[j];
nums[j] = nums[j + 1];
nums[j + 1] = tmp;
}
}
}
}
```python title="bubble_sort.py"
def bubble_sort(nums: list[int]):
"""冒泡排序"""
n = len(nums)
# 外循环:未排序区间为 [0, i]
for i in range(n - 1, 0, -1):
# 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for j in range(i):
if nums[j] > nums[j + 1]:
# 交换 nums[j] 与 nums[j + 1]
nums[j], nums[j + 1] = nums[j + 1], nums[j]
```
=== "C++"
@@ -83,19 +78,44 @@ comments: true
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="bubble_sort.py"
def bubble_sort(nums: list[int]):
"""冒泡排序"""
n = len(nums)
# 外循环:未排序区间为 [0, i]
for i in range(n - 1, 0, -1):
# 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for j in range(i):
if nums[j] > nums[j + 1]:
# 交换 nums[j] 与 nums[j + 1]
nums[j], nums[j + 1] = nums[j + 1], nums[j]
```java title="bubble_sort.java"
/* 冒泡排序 */
void bubbleSort(int[] nums) {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
for (int i = nums.length - 1; i > 0; i--) {
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
// 交换 nums[j] nums[j + 1]
int tmp = nums[j];
nums[j] = nums[j + 1];
nums[j + 1] = tmp;
}
}
}
}
```
=== "C#"
```csharp title="bubble_sort.cs"
/* 冒泡排序 */
void bubbleSort(int[] nums) {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
for (int i = nums.Length - 1; i > 0; i--) {
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
// 交换 nums[j] 与 nums[j + 1]
int tmp = nums[j];
nums[j] = nums[j + 1];
nums[j + 1] = tmp;
}
}
}
}
```
=== "Go"
@@ -116,6 +136,26 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="bubble_sort.swift"
/* 冒泡排序 */
func bubbleSort(nums: inout [Int]) {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
for i in stride(from: nums.count - 1, to: 0, by: -1) {
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for j in stride(from: 0, to: i, by: 1) {
if nums[j] > nums[j + 1] {
// 交换 nums[j] 与 nums[j + 1]
let tmp = nums[j]
nums[j] = nums[j + 1]
nums[j + 1] = tmp
}
}
}
}
```
=== "JS"
```javascript title="bubble_sort.js"
@@ -156,87 +196,6 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="bubble_sort.c"
/* 冒泡排序 */
void bubbleSort(int nums[], int size) {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for (int j = 0; j < size - 1 - i; j++) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
int temp = nums[j];
nums[j] = nums[j + 1];
nums[j + 1] = temp;
}
}
}
}
```
=== "C#"
```csharp title="bubble_sort.cs"
/* 冒泡排序 */
void bubbleSort(int[] nums) {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
for (int i = nums.Length - 1; i > 0; i--) {
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
// 交换 nums[j] 与 nums[j + 1]
int tmp = nums[j];
nums[j] = nums[j + 1];
nums[j + 1] = tmp;
}
}
}
}
```
=== "Swift"
```swift title="bubble_sort.swift"
/* 冒泡排序 */
func bubbleSort(nums: inout [Int]) {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
for i in stride(from: nums.count - 1, to: 0, by: -1) {
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for j in stride(from: 0, to: i, by: 1) {
if nums[j] > nums[j + 1] {
// 交换 nums[j] 与 nums[j + 1]
let tmp = nums[j]
nums[j] = nums[j + 1]
nums[j + 1] = tmp
}
}
}
}
```
=== "Zig"
```zig title="bubble_sort.zig"
// 冒泡排序
fn bubbleSort(nums: []i32) void {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
var i: usize = nums.len - 1;
while (i > 0) : (i -= 1) {
var j: usize = 0;
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
while (j < i) : (j += 1) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
// 交换 nums[j] 与 nums[j + 1]
var tmp = nums[j];
nums[j] = nums[j + 1];
nums[j + 1] = tmp;
}
}
}
}
```
=== "Dart"
```dart title="bubble_sort.dart"
@@ -277,34 +236,70 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="bubble_sort.c"
/* 冒泡排序 */
void bubbleSort(int nums[], int size) {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for (int j = 0; j < size - 1 - i; j++) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
int temp = nums[j];
nums[j] = nums[j + 1];
nums[j + 1] = temp;
}
}
}
}
```
=== "Zig"
```zig title="bubble_sort.zig"
// 冒泡排序
fn bubbleSort(nums: []i32) void {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
var i: usize = nums.len - 1;
while (i > 0) : (i -= 1) {
var j: usize = 0;
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
while (j < i) : (j += 1) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
// 交换 nums[j] 与 nums[j + 1]
var tmp = nums[j];
nums[j] = nums[j + 1];
nums[j + 1] = tmp;
}
}
}
}
```
## 11.3.2 &nbsp; 效率优化
我们发现,如果某轮“冒泡”中没有执行任何交换操作,说明数组已经完成排序,可直接返回结果。因此,可以增加一个标志位 `flag` 来监测这种情况,一旦出现就立即返回。
经过优化,冒泡排序的最差和平均时间复杂度仍为 $O(n^2)$ ;但当输入数组完全有序时,可达到最佳时间复杂度 $O(n)$ 。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="bubble_sort.java"
/* 冒泡排序(标志优化) */
void bubbleSortWithFlag(int[] nums) {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
for (int i = nums.length - 1; i > 0; i--) {
boolean flag = false; // 初始化标志位
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
// 交换 nums[j] nums[j + 1]
int tmp = nums[j];
nums[j] = nums[j + 1];
nums[j + 1] = tmp;
flag = true; // 记录交换元素
}
}
if (!flag)
break; // 此轮冒泡未交换任何元素,直接跳出
}
}
```python title="bubble_sort.py"
def bubble_sort_with_flag(nums: list[int]):
"""冒泡排序(标志优化)"""
n = len(nums)
# 外循环:未排序区间为 [0, i]
for i in range(n - 1, 0, -1):
flag = False # 初始化标志位
# 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for j in range(i):
if nums[j] > nums[j + 1]:
# 交换 nums[j] 与 nums[j + 1]
nums[j], nums[j + 1] = nums[j + 1], nums[j]
flag = True # 记录交换元素
if not flag:
break # 此轮冒泡未交换任何元素,直接跳出
```
=== "C++"
@@ -330,23 +325,51 @@ comments: true
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="bubble_sort.py"
def bubble_sort_with_flag(nums: list[int]):
"""冒泡排序(标志优化)"""
n = len(nums)
# 外循环:未排序区间为 [0, i]
for i in range(n - 1, 0, -1):
flag = False # 初始化标志位
# 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for j in range(i):
if nums[j] > nums[j + 1]:
# 交换 nums[j] 与 nums[j + 1]
nums[j], nums[j + 1] = nums[j + 1], nums[j]
flag = True # 记录交换元素
if not flag:
break # 此轮冒泡未交换任何元素,直接跳出
```java title="bubble_sort.java"
/* 冒泡排序(标志优化) */
void bubbleSortWithFlag(int[] nums) {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
for (int i = nums.length - 1; i > 0; i--) {
boolean flag = false; // 初始化标志位
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
// 交换 nums[j] nums[j + 1]
int tmp = nums[j];
nums[j] = nums[j + 1];
nums[j + 1] = tmp;
flag = true; // 记录交换元素
}
}
if (!flag)
break; // 此轮冒泡未交换任何元素,直接跳出
}
}
```
=== "C#"
```csharp title="bubble_sort.cs"
/* 冒泡排序(标志优化)*/
void bubbleSortWithFlag(int[] nums) {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
for (int i = nums.Length - 1; i > 0; i--) {
bool flag = false; // 初始化标志位
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
// 交换 nums[j] 与 nums[j + 1]
int tmp = nums[j];
nums[j] = nums[j + 1];
nums[j + 1] = tmp;
flag = true; // 记录交换元素
}
}
if (!flag) break; // 此轮冒泡未交换任何元素,直接跳出
}
}
```
=== "Go"
@@ -372,6 +395,30 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="bubble_sort.swift"
/* 冒泡排序(标志优化)*/
func bubbleSortWithFlag(nums: inout [Int]) {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
for i in stride(from: nums.count - 1, to: 0, by: -1) {
var flag = false // 初始化标志位
for j in stride(from: 0, to: i, by: 1) {
if nums[j] > nums[j + 1] {
// 交换 nums[j] 与 nums[j + 1]
let tmp = nums[j]
nums[j] = nums[j + 1]
nums[j + 1] = tmp
flag = true // 记录交换元素
}
}
if !flag { // 此轮冒泡未交换任何元素,直接跳出
break
}
}
}
```
=== "JS"
```javascript title="bubble_sort.js"
@@ -418,101 +465,6 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="bubble_sort.c"
/* 冒泡排序(标志优化)*/
void bubbleSortWithFlag(int nums[], int size) {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
bool flag = false;
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for (int j = 0; j < size - 1 - i; j++) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
int temp = nums[j];
nums[j] = nums[j + 1];
nums[j + 1] = temp;
flag = true;
}
}
if (!flag)
break;
}
}
```
=== "C#"
```csharp title="bubble_sort.cs"
/* 冒泡排序(标志优化)*/
void bubbleSortWithFlag(int[] nums) {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
for (int i = nums.Length - 1; i > 0; i--) {
bool flag = false; // 初始化标志位
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
// 交换 nums[j] 与 nums[j + 1]
int tmp = nums[j];
nums[j] = nums[j + 1];
nums[j + 1] = tmp;
flag = true; // 记录交换元素
}
}
if (!flag) break; // 此轮冒泡未交换任何元素,直接跳出
}
}
```
=== "Swift"
```swift title="bubble_sort.swift"
/* 冒泡排序(标志优化)*/
func bubbleSortWithFlag(nums: inout [Int]) {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
for i in stride(from: nums.count - 1, to: 0, by: -1) {
var flag = false // 初始化标志位
for j in stride(from: 0, to: i, by: 1) {
if nums[j] > nums[j + 1] {
// 交换 nums[j] 与 nums[j + 1]
let tmp = nums[j]
nums[j] = nums[j + 1]
nums[j + 1] = tmp
flag = true // 记录交换元素
}
}
if !flag { // 此轮冒泡未交换任何元素,直接跳出
break
}
}
}
```
=== "Zig"
```zig title="bubble_sort.zig"
// 冒泡排序(标志优化)
fn bubbleSortWithFlag(nums: []i32) void {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
var i: usize = nums.len - 1;
while (i > 0) : (i -= 1) {
var flag = false; // 初始化标志位
var j: usize = 0;
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
while (j < i) : (j += 1) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
// 交换 nums[j] 与 nums[j + 1]
var tmp = nums[j];
nums[j] = nums[j + 1];
nums[j + 1] = tmp;
flag = true;
}
}
if (!flag) break; // 此轮冒泡未交换任何元素,直接跳出
}
}
```
=== "Dart"
```dart title="bubble_sort.dart"
@@ -559,6 +511,54 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="bubble_sort.c"
/* 冒泡排序(标志优化)*/
void bubbleSortWithFlag(int nums[], int size) {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
bool flag = false;
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
for (int j = 0; j < size - 1 - i; j++) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
int temp = nums[j];
nums[j] = nums[j + 1];
nums[j + 1] = temp;
flag = true;
}
}
if (!flag)
break;
}
}
```
=== "Zig"
```zig title="bubble_sort.zig"
// 冒泡排序(标志优化)
fn bubbleSortWithFlag(nums: []i32) void {
// 外循环:未排序区间为 [0, i]
var i: usize = nums.len - 1;
while (i > 0) : (i -= 1) {
var flag = false; // 初始化标志位
var j: usize = 0;
// 内循环:将未排序区间 [0, i] 中的最大元素交换至该区间的最右端
while (j < i) : (j += 1) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
// 交换 nums[j] 与 nums[j + 1]
var tmp = nums[j];
nums[j] = nums[j + 1];
nums[j + 1] = tmp;
flag = true;
}
}
if (!flag) break; // 此轮冒泡未交换任何元素,直接跳出
}
}
```
## 11.3.3 &nbsp; 算法特性
- **时间复杂度为 $O(n^2)$、自适应排序**:各轮“冒泡”遍历的数组长度依次为 $n - 1$、$n - 2$、$\dots$、$2$、$1$ ,总和为 $(n - 1) n / 2$ 。在引入 `flag` 优化后,最佳时间复杂度可达到 $O(n)$ 。

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@@ -20,6 +20,62 @@ comments: true
<p align="center"> 图 11-13 &nbsp; 桶排序算法流程 </p>
=== "Python"
```python title="bucket_sort.py"
def bucket_sort(nums: list[float]):
"""桶排序"""
# 初始化 k = n/2 个桶,预期向每个桶分配 2 个元素
k = len(nums) // 2
buckets = [[] for _ in range(k)]
# 1. 将数组元素分配到各个桶中
for num in nums:
# 输入数据范围 [0, 1),使用 num * k 映射到索引范围 [0, k-1]
i = int(num * k)
# 将 num 添加进桶 i
buckets[i].append(num)
# 2. 对各个桶执行排序
for bucket in buckets:
# 使用内置排序函数,也可以替换成其他排序算法
bucket.sort()
# 3. 遍历桶合并结果
i = 0
for bucket in buckets:
for num in bucket:
nums[i] = num
i += 1
```
=== "C++"
```cpp title="bucket_sort.cpp"
/* 桶排序 */
void bucketSort(vector<float> &nums) {
// 初始化 k = n/2 个桶,预期向每个桶分配 2 个元素
int k = nums.size() / 2;
vector<vector<float>> buckets(k);
// 1. 将数组元素分配到各个桶中
for (float num : nums) {
// 输入数据范围 [0, 1),使用 num * k 映射到索引范围 [0, k-1]
int i = num * k;
// 将 num 添加进桶 bucket_idx
buckets[i].push_back(num);
}
// 2. 对各个桶执行排序
for (vector<float> &bucket : buckets) {
// 使用内置排序函数,也可以替换成其他排序算法
sort(bucket.begin(), bucket.end());
}
// 3. 遍历桶合并结果
int i = 0;
for (vector<float> &bucket : buckets) {
for (float num : bucket) {
nums[i++] = num;
}
}
}
```
=== "Java"
```java title="bucket_sort.java"
@@ -53,62 +109,39 @@ comments: true
}
```
=== "C++"
=== "C#"
```cpp title="bucket_sort.cpp"
```csharp title="bucket_sort.cs"
/* 桶排序 */
void bucketSort(vector<float> &nums) {
void bucketSort(float[] nums) {
// 初始化 k = n/2 个桶,预期向每个桶分配 2 个元素
int k = nums.size() / 2;
vector<vector<float>> buckets(k);
int k = nums.Length / 2;
List<List<float>> buckets = new List<List<float>>();
for (int i = 0; i < k; i++) {
buckets.Add(new List<float>());
}
// 1. 将数组元素分配到各个桶中
for (float num : nums) {
foreach (float num in nums) {
// 输入数据范围 [0, 1),使用 num * k 映射到索引范围 [0, k-1]
int i = num * k;
// 将 num 添加进桶 bucket_idx
buckets[i].push_back(num);
int i = (int)(num * k);
// 将 num 添加进桶 i
buckets[i].Add(num);
}
// 2. 对各个桶执行排序
for (vector<float> &bucket : buckets) {
foreach (List<float> bucket in buckets) {
// 使用内置排序函数,也可以替换成其他排序算法
sort(bucket.begin(), bucket.end());
bucket.Sort();
}
// 3. 遍历桶合并结果
int i = 0;
for (vector<float> &bucket : buckets) {
for (float num : bucket) {
nums[i++] = num;
int j = 0;
foreach (List<float> bucket in buckets) {
foreach (float num in bucket) {
nums[j++] = num;
}
}
}
```
=== "Python"
```python title="bucket_sort.py"
def bucket_sort(nums: list[float]):
"""桶排序"""
# 初始化 k = n/2 个桶,预期向每个桶分配 2 个元素
k = len(nums) // 2
buckets = [[] for _ in range(k)]
# 1. 将数组元素分配到各个桶中
for num in nums:
# 输入数据范围 [0, 1),使用 num * k 映射到索引范围 [0, k-1]
i = int(num * k)
# 将 num 添加进桶 i
buckets[i].append(num)
# 2. 对各个桶执行排序
for bucket in buckets:
# 使用内置排序函数,也可以替换成其他排序算法
bucket.sort()
# 3. 遍历桶合并结果
i = 0
for bucket in buckets:
for num in bucket:
nums[i] = num
i += 1
```
=== "Go"
```go title="bucket_sort.go"
@@ -143,6 +176,37 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="bucket_sort.swift"
/* 桶排序 */
func bucketSort(nums: inout [Double]) {
// 初始化 k = n/2 个桶,预期向每个桶分配 2 个元素
let k = nums.count / 2
var buckets = (0 ..< k).map { _ in [Double]() }
// 1. 将数组元素分配到各个桶中
for num in nums {
// 输入数据范围 [0, 1),使用 num * k 映射到索引范围 [0, k-1]
let i = Int(num * Double(k))
// 将 num 添加进桶 i
buckets[i].append(num)
}
// 2. 对各个桶执行排序
for i in buckets.indices {
// 使用内置排序函数,也可以替换成其他排序算法
buckets[i].sort()
}
// 3. 遍历桶合并结果
var i = nums.startIndex
for bucket in buckets {
for num in bucket {
nums[i] = num
nums.formIndex(after: &i)
}
}
}
```
=== "JS"
```javascript title="bucket_sort.js"
@@ -209,128 +273,6 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="bucket_sort.c"
/* 桶排序 */
void bucketSort(float nums[], int size) {
// 初始化 k = n/2 个桶,预期向每个桶分配 2 个元素
int k = size / 2;
float **buckets = calloc(k, sizeof(float *));
for (int i = 0; i < k; i++) {
// 每个桶最多可以分配 k 个元素
buckets[i] = calloc(ARRAY_SIZE, sizeof(float));
}
// 1. 将数组元素分配到各个桶中
for (int i = 0; i < size; i++) {
// 输入数据范围 [0, 1),使用 num * k 映射到索引范围 [0, k-1]
int bucket_idx = nums[i] * k;
int j = 0;
// 如果桶中有数据且数据小于当前值 nums[i], 要将其放到当前桶的后面,相当于 cpp 中的 push_back
while (buckets[bucket_idx][j] > 0 && buckets[bucket_idx][j] < nums[i]) {
j++;
}
float temp = nums[i];
while (j < ARRAY_SIZE && buckets[bucket_idx][j] > 0) {
swap(&temp, &buckets[bucket_idx][j]);
j++;
}
buckets[bucket_idx][j] = temp;
}
// 2. 对各个桶执行排序
for (int i = 0; i < k; i++) {
qsort(buckets[i], ARRAY_SIZE, sizeof(float), compare_float);
}
// 3. 遍历桶合并结果
for (int i = 0, j = 0; j < k; j++) {
for (int l = 0; l < ARRAY_SIZE; l++) {
if (buckets[j][l] > 0) {
nums[i++] = buckets[j][l];
}
}
}
// 释放上述分配的内存
for (int i = 0; i < k; i++) {
free(buckets[i]);
}
free(buckets);
}
```
=== "C#"
```csharp title="bucket_sort.cs"
/* 桶排序 */
void bucketSort(float[] nums) {
// 初始化 k = n/2 个桶,预期向每个桶分配 2 个元素
int k = nums.Length / 2;
List<List<float>> buckets = new List<List<float>>();
for (int i = 0; i < k; i++) {
buckets.Add(new List<float>());
}
// 1. 将数组元素分配到各个桶中
foreach (float num in nums) {
// 输入数据范围 [0, 1),使用 num * k 映射到索引范围 [0, k-1]
int i = (int)(num * k);
// 将 num 添加进桶 i
buckets[i].Add(num);
}
// 2. 对各个桶执行排序
foreach (List<float> bucket in buckets) {
// 使用内置排序函数,也可以替换成其他排序算法
bucket.Sort();
}
// 3. 遍历桶合并结果
int j = 0;
foreach (List<float> bucket in buckets) {
foreach (float num in bucket) {
nums[j++] = num;
}
}
}
```
=== "Swift"
```swift title="bucket_sort.swift"
/* 桶排序 */
func bucketSort(nums: inout [Double]) {
// 初始化 k = n/2 个桶,预期向每个桶分配 2 个元素
let k = nums.count / 2
var buckets = (0 ..< k).map { _ in [Double]() }
// 1. 将数组元素分配到各个桶中
for num in nums {
// 输入数据范围 [0, 1),使用 num * k 映射到索引范围 [0, k-1]
let i = Int(num * Double(k))
// 将 num 添加进桶 i
buckets[i].append(num)
}
// 2. 对各个桶执行排序
for i in buckets.indices {
// 使用内置排序函数,也可以替换成其他排序算法
buckets[i].sort()
}
// 3. 遍历桶合并结果
var i = nums.startIndex
for bucket in buckets {
for num in bucket {
nums[i] = num
nums.formIndex(after: &i)
}
}
}
```
=== "Zig"
```zig title="bucket_sort.zig"
[class]{}-[func]{bucketSort}
```
=== "Dart"
```dart title="bucket_sort.dart"
@@ -392,6 +334,64 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="bucket_sort.c"
/* 桶排序 */
void bucketSort(float nums[], int size) {
// 初始化 k = n/2 个桶,预期向每个桶分配 2 个元素
int k = size / 2;
float **buckets = calloc(k, sizeof(float *));
for (int i = 0; i < k; i++) {
// 每个桶最多可以分配 k 个元素
buckets[i] = calloc(ARRAY_SIZE, sizeof(float));
}
// 1. 将数组元素分配到各个桶中
for (int i = 0; i < size; i++) {
// 输入数据范围 [0, 1),使用 num * k 映射到索引范围 [0, k-1]
int bucket_idx = nums[i] * k;
int j = 0;
// 如果桶中有数据且数据小于当前值 nums[i], 要将其放到当前桶的后面,相当于 cpp 中的 push_back
while (buckets[bucket_idx][j] > 0 && buckets[bucket_idx][j] < nums[i]) {
j++;
}
float temp = nums[i];
while (j < ARRAY_SIZE && buckets[bucket_idx][j] > 0) {
swap(&temp, &buckets[bucket_idx][j]);
j++;
}
buckets[bucket_idx][j] = temp;
}
// 2. 对各个桶执行排序
for (int i = 0; i < k; i++) {
qsort(buckets[i], ARRAY_SIZE, sizeof(float), compare_float);
}
// 3. 遍历桶合并结果
for (int i = 0, j = 0; j < k; j++) {
for (int l = 0; l < ARRAY_SIZE; l++) {
if (buckets[j][l] > 0) {
nums[i++] = buckets[j][l];
}
}
}
// 释放上述分配的内存
for (int i = 0; i < k; i++) {
free(buckets[i]);
}
free(buckets);
}
```
=== "Zig"
```zig title="bucket_sort.zig"
[class]{}-[func]{bucketSort}
```
## 11.8.2 &nbsp; 算法特性
桶排序适用于处理体量很大的数据。例如,输入数据包含 100 万个元素,由于空间限制,系统内存无法一次性加载所有数据。此时,可以将数据分成 1000 个桶,然后分别对每个桶进行排序,最后将结果合并。

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@@ -18,31 +18,27 @@ comments: true
<p align="center"> 图 11-16 &nbsp; 计数排序流程 </p>
=== "Java"
=== "Python"
```java title="counting_sort.java"
/* 计数排序 */
// 简单实现,无法用于排序对象
void countingSortNaive(int[] nums) {
// 1. 统计数组最大元素 m
int m = 0;
for (int num : nums) {
m = Math.max(m, num);
}
// 2. 统计各数字的出现次数
// counter[num] 代表 num 的出现次数
int[] counter = new int[m + 1];
for (int num : nums) {
counter[num]++;
}
// 3. 遍历 counter ,将各元素填入原数组 nums
int i = 0;
for (int num = 0; num < m + 1; num++) {
for (int j = 0; j < counter[num]; j++, i++) {
nums[i] = num;
}
}
}
```python title="counting_sort.py"
def counting_sort_naive(nums: list[int]):
"""计数排序"""
# 简单实现,无法用于排序对象
# 1. 统计数组最大元素 m
m = 0
for num in nums:
m = max(m, num)
# 2. 统计各数字的出现次数
# counter[num] 代表 num 的出现次数
counter = [0] * (m + 1)
for num in nums:
counter[num] += 1
# 3. 遍历 counter ,将各元素填入原数组 nums
i = 0
for num in range(m + 1):
for _ in range(counter[num]):
nums[i] = num
i += 1
```
=== "C++"
@@ -72,27 +68,58 @@ comments: true
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="counting_sort.py"
def counting_sort_naive(nums: list[int]):
"""计数排序"""
# 简单实现,无法用于排序对象
# 1. 统计数组最大元素 m
m = 0
for num in nums:
m = max(m, num)
# 2. 统计各数字的出现次数
# counter[num] 代表 num 的出现次数
counter = [0] * (m + 1)
for num in nums:
counter[num] += 1
# 3. 遍历 counter ,将各元素填入原数组 nums
i = 0
for num in range(m + 1):
for _ in range(counter[num]):
nums[i] = num
i += 1
```java title="counting_sort.java"
/* 计数排序 */
// 简单实现,无法用于排序对象
void countingSortNaive(int[] nums) {
// 1. 统计数组最大元素 m
int m = 0;
for (int num : nums) {
m = Math.max(m, num);
}
// 2. 统计各数字的出现次数
// counter[num] 代表 num 的出现次数
int[] counter = new int[m + 1];
for (int num : nums) {
counter[num]++;
}
// 3. 遍历 counter ,将各元素填入原数组 nums
int i = 0;
for (int num = 0; num < m + 1; num++) {
for (int j = 0; j < counter[num]; j++, i++) {
nums[i] = num;
}
}
}
```
=== "C#"
```csharp title="counting_sort.cs"
/* 计数排序 */
// 简单实现,无法用于排序对象
void countingSortNaive(int[] nums) {
// 1. 统计数组最大元素 m
int m = 0;
foreach (int num in nums) {
m = Math.Max(m, num);
}
// 2. 统计各数字的出现次数
// counter[num] 代表 num 的出现次数
int[] counter = new int[m + 1];
foreach (int num in nums) {
counter[num]++;
}
// 3. 遍历 counter ,将各元素填入原数组 nums
int i = 0;
for (int num = 0; num < m + 1; num++) {
for (int j = 0; j < counter[num]; j++, i++) {
nums[i] = num;
}
}
}
```
=== "Go"
@@ -124,6 +151,31 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="counting_sort.swift"
/* 计数排序 */
// 简单实现,无法用于排序对象
func countingSortNaive(nums: inout [Int]) {
// 1. 统计数组最大元素 m
let m = nums.max()!
// 2. 统计各数字的出现次数
// counter[num] 代表 num 的出现次数
var counter = Array(repeating: 0, count: m + 1)
for num in nums {
counter[num] += 1
}
// 3. 遍历 counter ,将各元素填入原数组 nums
var i = 0
for num in stride(from: 0, to: m + 1, by: 1) {
for _ in stride(from: 0, to: counter[num], by: 1) {
nums[i] = num
i += 1
}
}
}
```
=== "JS"
```javascript title="counting_sort.js"
@@ -178,93 +230,6 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="counting_sort.c"
/* 计数排序 */
// 简单实现,无法用于排序对象
void countingSortNaive(int nums[], int size) {
// 1. 统计数组最大元素 m
int m = 0;
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (nums[i] > m) {
m = nums[i];
}
}
// 2. 统计各数字的出现次数
// counter[num] 代表 num 的出现次数
int *counter = malloc(sizeof(int) * m);
for (int i = 0; i < size; i++) {
counter[nums[i]]++;
}
// 3. 遍历 counter ,将各元素填入原数组 nums
int i = 0;
for (int num = 0; num < m + 1; num++) {
for (int j = 0; j < counter[num]; j++, i++) {
nums[i] = num;
}
}
}
```
=== "C#"
```csharp title="counting_sort.cs"
/* 计数排序 */
// 简单实现,无法用于排序对象
void countingSortNaive(int[] nums) {
// 1. 统计数组最大元素 m
int m = 0;
foreach (int num in nums) {
m = Math.Max(m, num);
}
// 2. 统计各数字的出现次数
// counter[num] 代表 num 的出现次数
int[] counter = new int[m + 1];
foreach (int num in nums) {
counter[num]++;
}
// 3. 遍历 counter ,将各元素填入原数组 nums
int i = 0;
for (int num = 0; num < m + 1; num++) {
for (int j = 0; j < counter[num]; j++, i++) {
nums[i] = num;
}
}
}
```
=== "Swift"
```swift title="counting_sort.swift"
/* 计数排序 */
// 简单实现,无法用于排序对象
func countingSortNaive(nums: inout [Int]) {
// 1. 统计数组最大元素 m
let m = nums.max()!
// 2. 统计各数字的出现次数
// counter[num] 代表 num 的出现次数
var counter = Array(repeating: 0, count: m + 1)
for num in nums {
counter[num] += 1
}
// 3. 遍历 counter ,将各元素填入原数组 nums
var i = 0
for num in stride(from: 0, to: m + 1, by: 1) {
for _ in stride(from: 0, to: counter[num], by: 1) {
nums[i] = num
i += 1
}
}
}
```
=== "Zig"
```zig title="counting_sort.zig"
[class]{}-[func]{countingSortNaive}
```
=== "Dart"
```dart title="counting_sort.dart"
@@ -317,6 +282,41 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="counting_sort.c"
/* 计数排序 */
// 简单实现,无法用于排序对象
void countingSortNaive(int nums[], int size) {
// 1. 统计数组最大元素 m
int m = 0;
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (nums[i] > m) {
m = nums[i];
}
}
// 2. 统计各数字的出现次数
// counter[num] 代表 num 的出现次数
int *counter = malloc(sizeof(int) * m);
for (int i = 0; i < size; i++) {
counter[nums[i]]++;
}
// 3. 遍历 counter ,将各元素填入原数组 nums
int i = 0;
for (int num = 0; num < m + 1; num++) {
for (int j = 0; j < counter[num]; j++, i++) {
nums[i] = num;
}
}
}
```
=== "Zig"
```zig title="counting_sort.zig"
[class]{}-[func]{countingSortNaive}
```
!!! note "计数排序与桶排序的联系"
从桶排序的角度看,我们可以将计数排序中的计数数组 `counter` 的每个索引视为一个桶,将统计数量的过程看作是将各个元素分配到对应的桶中。本质上,计数排序是桶排序在整型数据下的一个特例。
@@ -366,42 +366,34 @@ $$
计数排序的实现代码如下所示。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="counting_sort.java"
/* 计数排序 */
// 完整实现,可排序对象,并且是稳定排序
void countingSort(int[] nums) {
// 1. 统计数组最大元素 m
int m = 0;
for (int num : nums) {
m = Math.max(m, num);
}
// 2. 统计各数字的出现次数
// counter[num] 代表 num 的出现次数
int[] counter = new int[m + 1];
for (int num : nums) {
counter[num]++;
}
// 3. 求 counter 的前缀和,将“出现次数”转换为“尾索引”
// 即 counter[num]-1 是 num 在 res 中最后一次出现的索引
for (int i = 0; i < m; i++) {
counter[i + 1] += counter[i];
}
// 4. 倒序遍历 nums ,将各元素填入结果数组 res
// 初始化数组 res 用于记录结果
int n = nums.length;
int[] res = new int[n];
for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {
int num = nums[i];
res[counter[num] - 1] = num; // 将 num 放置到对应索引处
counter[num]--; // 令前缀和自减 1 ,得到下次放置 num 的索引
}
// 使用结果数组 res 覆盖原数组 nums
for (int i = 0; i < n; i++) {
nums[i] = res[i];
}
}
```python title="counting_sort.py"
def counting_sort(nums: list[int]):
"""计数排序"""
# 完整实现,可排序对象,并且是稳定排序
# 1. 统计数组最大元素 m
m = max(nums)
# 2. 统计各数字的出现次数
# counter[num] 代表 num 的出现次数
counter = [0] * (m + 1)
for num in nums:
counter[num] += 1
# 3. 求 counter 的前缀和,将“出现次数”转换为“尾索引”
# 即 counter[num]-1 是 num 在 res 中最后一次出现的索引
for i in range(m):
counter[i + 1] += counter[i]
# 4. 倒序遍历 nums ,将各元素填入结果数组 res
# 初始化数组 res 用于记录结果
n = len(nums)
res = [0] * n
for i in range(n - 1, -1, -1):
num = nums[i]
res[counter[num] - 1] = num # 将 num 放置到对应索引处
counter[num] -= 1 # 令前缀和自减 1 ,得到下次放置 num 的索引
# 使用结果数组 res 覆盖原数组 nums
for i in range(n):
nums[i] = res[i]
```
=== "C++"
@@ -440,34 +432,80 @@ $$
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="counting_sort.py"
def counting_sort(nums: list[int]):
"""计数排序"""
# 完整实现,可排序对象,并且是稳定排序
# 1. 统计数组最大元素 m
m = max(nums)
# 2. 统计各数字的出现次数
# counter[num] 代表 num 的出现次数
counter = [0] * (m + 1)
for num in nums:
counter[num] += 1
# 3. 求 counter 的前缀和,将“出现次数”转换为“尾索引”
# 即 counter[num]-1 是 num 在 res 中最后一次出现的索引
for i in range(m):
counter[i + 1] += counter[i]
# 4. 倒序遍历 nums ,将各元素填入结果数组 res
# 初始化数组 res 用于记录结果
n = len(nums)
res = [0] * n
for i in range(n - 1, -1, -1):
num = nums[i]
res[counter[num] - 1] = num # 将 num 放置到对应索引处
counter[num] -= 1 # 令前缀和自减 1 ,得到下次放置 num 的索引
# 使用结果数组 res 覆盖原数组 nums
for i in range(n):
nums[i] = res[i]
```java title="counting_sort.java"
/* 计数排序 */
// 完整实现,可排序对象,并且是稳定排序
void countingSort(int[] nums) {
// 1. 统计数组最大元素 m
int m = 0;
for (int num : nums) {
m = Math.max(m, num);
}
// 2. 统计各数字的出现次数
// counter[num] 代表 num 的出现次数
int[] counter = new int[m + 1];
for (int num : nums) {
counter[num]++;
}
// 3. 求 counter 的前缀和,将“出现次数”转换为“尾索引”
// 即 counter[num]-1 是 num 在 res 中最后一次出现的索引
for (int i = 0; i < m; i++) {
counter[i + 1] += counter[i];
}
// 4. 倒序遍历 nums ,将各元素填入结果数组 res
// 初始化数组 res 用于记录结果
int n = nums.length;
int[] res = new int[n];
for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {
int num = nums[i];
res[counter[num] - 1] = num; // 将 num 放置到对应索引处
counter[num]--; // 令前缀和自减 1 ,得到下次放置 num 的索引
}
// 使用结果数组 res 覆盖原数组 nums
for (int i = 0; i < n; i++) {
nums[i] = res[i];
}
}
```
=== "C#"
```csharp title="counting_sort.cs"
/* 计数排序 */
// 完整实现,可排序对象,并且是稳定排序
void countingSort(int[] nums) {
// 1. 统计数组最大元素 m
int m = 0;
foreach (int num in nums) {
m = Math.Max(m, num);
}
// 2. 统计各数字的出现次数
// counter[num] 代表 num 的出现次数
int[] counter = new int[m + 1];
foreach (int num in nums) {
counter[num]++;
}
// 3. 求 counter 的前缀和,将“出现次数”转换为“尾索引”
// 即 counter[num]-1 是 num 在 res 中最后一次出现的索引
for (int i = 0; i < m; i++) {
counter[i + 1] += counter[i];
}
// 4. 倒序遍历 nums ,将各元素填入结果数组 res
// 初始化数组 res 用于记录结果
int n = nums.Length;
int[] res = new int[n];
for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {
int num = nums[i];
res[counter[num] - 1] = num; // 将 num 放置到对应索引处
counter[num]--; // 令前缀和自减 1 ,得到下次放置 num 的索引
}
// 使用结果数组 res 覆盖原数组 nums
for (int i = 0; i < n; i++) {
nums[i] = res[i];
}
}
```
=== "Go"
@@ -510,6 +548,40 @@ $$
}
```
=== "Swift"
```swift title="counting_sort.swift"
/* 计数排序 */
// 完整实现,可排序对象,并且是稳定排序
func countingSort(nums: inout [Int]) {
// 1. 统计数组最大元素 m
let m = nums.max()!
// 2. 统计各数字的出现次数
// counter[num] 代表 num 的出现次数
var counter = Array(repeating: 0, count: m + 1)
for num in nums {
counter[num] += 1
}
// 3. 求 counter 的前缀和,将“出现次数”转换为“尾索引”
// 即 counter[num]-1 是 num 在 res 中最后一次出现的索引
for i in stride(from: 0, to: m, by: 1) {
counter[i + 1] += counter[i]
}
// 4. 倒序遍历 nums ,将各元素填入结果数组 res
// 初始化数组 res 用于记录结果
var res = Array(repeating: 0, count: nums.count)
for i in stride(from: nums.count - 1, through: 0, by: -1) {
let num = nums[i]
res[counter[num] - 1] = num // 将 num 放置到对应索引处
counter[num] -= 1 // 令前缀和自减 1 ,得到下次放置 num 的索引
}
// 使用结果数组 res 覆盖原数组 nums
for i in stride(from: 0, to: nums.count, by: 1) {
nums[i] = res[i]
}
}
```
=== "JS"
```javascript title="counting_sort.js"
@@ -586,121 +658,6 @@ $$
}
```
=== "C"
```c title="counting_sort.c"
/* 计数排序 */
// 完整实现,可排序对象,并且是稳定排序
void countingSort(int nums[], int size) {
// 1. 统计数组最大元素 m
int m = 0;
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (nums[i] > m) {
m = nums[i];
}
}
// 2. 统计各数字的出现次数
// counter[num] 代表 num 的出现次数
int *counter = malloc(sizeof(int) * m);
for (int i = 0; i < size; i++) {
counter[nums[i]]++;
}
// 3. 求 counter 的前缀和,将“出现次数”转换为“尾索引”
// 即 counter[num]-1 是 num 在 res 中最后一次出现的索引
for (int i = 0; i < m; i++) {
counter[i + 1] += counter[i];
}
// 4. 倒序遍历 nums ,将各元素填入结果数组 res
// 初始化数组 res 用于记录结果
int *res = malloc(sizeof(int) * size);
for (int i = size - 1; i >= 0; i--) {
int num = nums[i];
res[counter[num] - 1] = num; // 将 num 放置到对应索引处
counter[num]--; // 令前缀和自减 1 ,得到下次放置 num 的索引
}
// 使用结果数组 res 覆盖原数组 nums
memcpy(nums, res, size * sizeof(int));
}
```
=== "C#"
```csharp title="counting_sort.cs"
/* 计数排序 */
// 完整实现,可排序对象,并且是稳定排序
void countingSort(int[] nums) {
// 1. 统计数组最大元素 m
int m = 0;
foreach (int num in nums) {
m = Math.Max(m, num);
}
// 2. 统计各数字的出现次数
// counter[num] 代表 num 的出现次数
int[] counter = new int[m + 1];
foreach (int num in nums) {
counter[num]++;
}
// 3. 求 counter 的前缀和,将“出现次数”转换为“尾索引”
// 即 counter[num]-1 是 num 在 res 中最后一次出现的索引
for (int i = 0; i < m; i++) {
counter[i + 1] += counter[i];
}
// 4. 倒序遍历 nums ,将各元素填入结果数组 res
// 初始化数组 res 用于记录结果
int n = nums.Length;
int[] res = new int[n];
for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {
int num = nums[i];
res[counter[num] - 1] = num; // 将 num 放置到对应索引处
counter[num]--; // 令前缀和自减 1 ,得到下次放置 num 的索引
}
// 使用结果数组 res 覆盖原数组 nums
for (int i = 0; i < n; i++) {
nums[i] = res[i];
}
}
```
=== "Swift"
```swift title="counting_sort.swift"
/* 计数排序 */
// 完整实现,可排序对象,并且是稳定排序
func countingSort(nums: inout [Int]) {
// 1. 统计数组最大元素 m
let m = nums.max()!
// 2. 统计各数字的出现次数
// counter[num] 代表 num 的出现次数
var counter = Array(repeating: 0, count: m + 1)
for num in nums {
counter[num] += 1
}
// 3. 求 counter 的前缀和,将“出现次数”转换为“尾索引”
// 即 counter[num]-1 是 num 在 res 中最后一次出现的索引
for i in stride(from: 0, to: m, by: 1) {
counter[i + 1] += counter[i]
}
// 4. 倒序遍历 nums ,将各元素填入结果数组 res
// 初始化数组 res 用于记录结果
var res = Array(repeating: 0, count: nums.count)
for i in stride(from: nums.count - 1, through: 0, by: -1) {
let num = nums[i]
res[counter[num] - 1] = num // 将 num 放置到对应索引处
counter[num] -= 1 // 令前缀和自减 1 ,得到下次放置 num 的索引
}
// 使用结果数组 res 覆盖原数组 nums
for i in stride(from: 0, to: nums.count, by: 1) {
nums[i] = res[i]
}
}
```
=== "Zig"
```zig title="counting_sort.zig"
[class]{}-[func]{countingSort}
```
=== "Dart"
```dart title="counting_sort.dart"
@@ -772,6 +729,49 @@ $$
}
```
=== "C"
```c title="counting_sort.c"
/* 计数排序 */
// 完整实现,可排序对象,并且是稳定排序
void countingSort(int nums[], int size) {
// 1. 统计数组最大元素 m
int m = 0;
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (nums[i] > m) {
m = nums[i];
}
}
// 2. 统计各数字的出现次数
// counter[num] 代表 num 的出现次数
int *counter = malloc(sizeof(int) * m);
for (int i = 0; i < size; i++) {
counter[nums[i]]++;
}
// 3. 求 counter 的前缀和,将“出现次数”转换为“尾索引”
// 即 counter[num]-1 是 num 在 res 中最后一次出现的索引
for (int i = 0; i < m; i++) {
counter[i + 1] += counter[i];
}
// 4. 倒序遍历 nums ,将各元素填入结果数组 res
// 初始化数组 res 用于记录结果
int *res = malloc(sizeof(int) * size);
for (int i = size - 1; i >= 0; i--) {
int num = nums[i];
res[counter[num] - 1] = num; // 将 num 放置到对应索引处
counter[num]--; // 令前缀和自减 1 ,得到下次放置 num 的索引
}
// 使用结果数组 res 覆盖原数组 nums
memcpy(nums, res, size * sizeof(int));
}
```
=== "Zig"
```zig title="counting_sort.zig"
[class]{}-[func]{countingSort}
```
## 11.9.3 &nbsp; 算法特性
- **时间复杂度 $O(n + m)$** :涉及遍历 `nums` 和遍历 `counter` ,都使用线性时间。一般情况下 $n \gg m$ ,时间复杂度趋于 $O(n)$ 。

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@@ -68,6 +68,82 @@ comments: true
在代码实现中,我们使用了与堆章节相同的从顶至底堆化 `sift_down()` 函数。值得注意的是,由于堆的长度会随着提取最大元素而减小,因此我们需要给 `sift_down()` 函数添加一个长度参数 $n$ ,用于指定堆的当前有效长度。
=== "Python"
```python title="heap_sort.py"
def sift_down(nums: list[int], n: int, i: int):
"""堆的长度为 n ,从节点 i 开始,从顶至底堆化"""
while True:
# 判断节点 i, l, r 中值最大的节点,记为 ma
l = 2 * i + 1
r = 2 * i + 2
ma = i
if l < n and nums[l] > nums[ma]:
ma = l
if r < n and nums[r] > nums[ma]:
ma = r
# 若节点 i 最大或索引 l, r 越界,则无须继续堆化,跳出
if ma == i:
break
# 交换两节点
nums[i], nums[ma] = nums[ma], nums[i]
# 循环向下堆化
i = ma
def heap_sort(nums: list[int]):
"""堆排序"""
# 建堆操作:堆化除叶节点以外的其他所有节点
for i in range(len(nums) // 2 - 1, -1, -1):
sift_down(nums, len(nums), i)
# 从堆中提取最大元素,循环 n-1 轮
for i in range(len(nums) - 1, 0, -1):
# 交换根节点与最右叶节点(即交换首元素与尾元素)
nums[0], nums[i] = nums[i], nums[0]
# 以根节点为起点,从顶至底进行堆化
sift_down(nums, i, 0)
```
=== "C++"
```cpp title="heap_sort.cpp"
/* 堆的长度为 n ,从节点 i 开始,从顶至底堆化 */
void siftDown(vector<int> &nums, int n, int i) {
while (true) {
// 判断节点 i, l, r 中值最大的节点,记为 ma
int l = 2 * i + 1;
int r = 2 * i + 2;
int ma = i;
if (l < n && nums[l] > nums[ma])
ma = l;
if (r < n && nums[r] > nums[ma])
ma = r;
// 若节点 i 最大或索引 l, r 越界,则无须继续堆化,跳出
if (ma == i) {
break;
}
// 交换两节点
swap(nums[i], nums[ma]);
// 循环向下堆化
i = ma;
}
}
/* 堆排序 */
void heapSort(vector<int> &nums) {
// 建堆操作:堆化除叶节点以外的其他所有节点
for (int i = nums.size() / 2 - 1; i >= 0; --i) {
siftDown(nums, nums.size(), i);
}
// 从堆中提取最大元素,循环 n-1 轮
for (int i = nums.size() - 1; i > 0; --i) {
// 交换根节点与最右叶节点(即交换首元素与尾元素)
swap(nums[0], nums[i]);
// 以根节点为起点,从顶至底进行堆化
siftDown(nums, i, 0);
}
}
```
=== "Java"
```java title="heap_sort.java"
@@ -112,11 +188,11 @@ comments: true
}
```
=== "C++"
=== "C#"
```cpp title="heap_sort.cpp"
```csharp title="heap_sort.cs"
/* 堆的长度为 n ,从节点 i 开始,从顶至底堆化 */
void siftDown(vector<int> &nums, int n, int i) {
void siftDown(int[] nums, int n, int i) {
while (true) {
// 判断节点 i, l, r 中值最大的节点,记为 ma
int l = 2 * i + 1;
@@ -127,67 +203,31 @@ comments: true
if (r < n && nums[r] > nums[ma])
ma = r;
// 若节点 i 最大或索引 l, r 越界,则无须继续堆化,跳出
if (ma == i) {
if (ma == i)
break;
}
// 交换两节点
swap(nums[i], nums[ma]);
(nums[ma], nums[i]) = (nums[i], nums[ma]);
// 循环向下堆化
i = ma;
}
}
/* 堆排序 */
void heapSort(vector<int> &nums) {
void heapSort(int[] nums) {
// 建堆操作:堆化除叶节点以外的其他所有节点
for (int i = nums.size() / 2 - 1; i >= 0; --i) {
siftDown(nums, nums.size(), i);
for (int i = nums.Length / 2 - 1; i >= 0; i--) {
siftDown(nums, nums.Length, i);
}
// 从堆中提取最大元素,循环 n-1 轮
for (int i = nums.size() - 1; i > 0; --i) {
for (int i = nums.Length - 1; i > 0; i--) {
// 交换根节点与最右叶节点(即交换首元素与尾元素)
swap(nums[0], nums[i]);
(nums[i], nums[0]) = (nums[0], nums[i]);
// 以根节点为起点,从顶至底进行堆化
siftDown(nums, i, 0);
}
}
```
=== "Python"
```python title="heap_sort.py"
def sift_down(nums: list[int], n: int, i: int):
"""堆的长度为 n ,从节点 i 开始,从顶至底堆化"""
while True:
# 判断节点 i, l, r 中值最大的节点,记为 ma
l = 2 * i + 1
r = 2 * i + 2
ma = i
if l < n and nums[l] > nums[ma]:
ma = l
if r < n and nums[r] > nums[ma]:
ma = r
# 若节点 i 最大或索引 l, r 越界,则无须继续堆化,跳出
if ma == i:
break
# 交换两节点
nums[i], nums[ma] = nums[ma], nums[i]
# 循环向下堆化
i = ma
def heap_sort(nums: list[int]):
"""堆排序"""
# 建堆操作:堆化除叶节点以外的其他所有节点
for i in range(len(nums) // 2 - 1, -1, -1):
sift_down(nums, len(nums), i)
# 从堆中提取最大元素,循环 n-1 轮
for i in range(len(nums) - 1, 0, -1):
# 交换根节点与最右叶节点(即交换首元素与尾元素)
nums[0], nums[i] = nums[i], nums[0]
# 以根节点为起点,从顶至底进行堆化
sift_down(nums, i, 0)
```
=== "Go"
```go title="heap_sort.go"
@@ -231,6 +271,50 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="heap_sort.swift"
/* 堆的长度为 n ,从节点 i 开始,从顶至底堆化 */
func siftDown(nums: inout [Int], n: Int, i: Int) {
var i = i
while true {
// 判断节点 i, l, r 中值最大的节点,记为 ma
let l = 2 * i + 1
let r = 2 * i + 2
var ma = i
if l < n, nums[l] > nums[ma] {
ma = l
}
if r < n, nums[r] > nums[ma] {
ma = r
}
// 若节点 i 最大或索引 l, r 越界,则无须继续堆化,跳出
if ma == i {
break
}
// 交换两节点
nums.swapAt(i, ma)
// 循环向下堆化
i = ma
}
}
/* 堆排序 */
func heapSort(nums: inout [Int]) {
// 建堆操作:堆化除叶节点以外的其他所有节点
for i in stride(from: nums.count / 2 - 1, through: 0, by: -1) {
siftDown(nums: &nums, n: nums.count, i: i)
}
// 从堆中提取最大元素,循环 n-1 轮
for i in stride(from: nums.count - 1, to: 0, by: -1) {
// 交换根节点与最右叶节点(即交换首元素与尾元素)
nums.swapAt(0, i)
// 以根节点为起点,从顶至底进行堆化
siftDown(nums: &nums, n: i, i: 0)
}
}
```
=== "JS"
```javascript title="heap_sort.js"
@@ -317,143 +401,6 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="heap_sort.c"
/* 堆的长度为 n ,从节点 i 开始,从顶至底堆化 */
void siftDown(int nums[], int n, int i) {
while (1) {
// 判断节点 i, l, r 中值最大的节点,记为 ma
int l = 2 * i + 1;
int r = 2 * i + 2;
int ma = i;
if (l < n && nums[l] > nums[ma])
ma = l;
if (r < n && nums[r] > nums[ma])
ma = r;
// 若节点 i 最大或索引 l, r 越界,则无须继续堆化,跳出
if (ma == i) {
break;
}
// 交换两节点
int temp = nums[i];
nums[i] = nums[ma];
nums[ma] = temp;
// 循环向下堆化
i = ma;
}
}
/* 堆排序 */
void heapSort(int nums[], int n) {
// 建堆操作:堆化除叶节点以外的其他所有节点
for (int i = n / 2 - 1; i >= 0; --i) {
siftDown(nums, n, i);
}
// 从堆中提取最大元素,循环 n-1 轮
for (int i = n - 1; i > 0; --i) {
// 交换根节点与最右叶节点(即交换首元素与尾元素)
int tmp = nums[0];
nums[0] = nums[i];
nums[i] = tmp;
// 以根节点为起点,从顶至底进行堆化
siftDown(nums, i, 0);
}
}
```
=== "C#"
```csharp title="heap_sort.cs"
/* 堆的长度为 n ,从节点 i 开始,从顶至底堆化 */
void siftDown(int[] nums, int n, int i) {
while (true) {
// 判断节点 i, l, r 中值最大的节点,记为 ma
int l = 2 * i + 1;
int r = 2 * i + 2;
int ma = i;
if (l < n && nums[l] > nums[ma])
ma = l;
if (r < n && nums[r] > nums[ma])
ma = r;
// 若节点 i 最大或索引 l, r 越界,则无须继续堆化,跳出
if (ma == i)
break;
// 交换两节点
(nums[ma], nums[i]) = (nums[i], nums[ma]);
// 循环向下堆化
i = ma;
}
}
/* 堆排序 */
void heapSort(int[] nums) {
// 建堆操作:堆化除叶节点以外的其他所有节点
for (int i = nums.Length / 2 - 1; i >= 0; i--) {
siftDown(nums, nums.Length, i);
}
// 从堆中提取最大元素,循环 n-1 轮
for (int i = nums.Length - 1; i > 0; i--) {
// 交换根节点与最右叶节点(即交换首元素与尾元素)
(nums[i], nums[0]) = (nums[0], nums[i]);
// 以根节点为起点,从顶至底进行堆化
siftDown(nums, i, 0);
}
}
```
=== "Swift"
```swift title="heap_sort.swift"
/* 堆的长度为 n ,从节点 i 开始,从顶至底堆化 */
func siftDown(nums: inout [Int], n: Int, i: Int) {
var i = i
while true {
// 判断节点 i, l, r 中值最大的节点,记为 ma
let l = 2 * i + 1
let r = 2 * i + 2
var ma = i
if l < n, nums[l] > nums[ma] {
ma = l
}
if r < n, nums[r] > nums[ma] {
ma = r
}
// 若节点 i 最大或索引 l, r 越界,则无须继续堆化,跳出
if ma == i {
break
}
// 交换两节点
nums.swapAt(i, ma)
// 循环向下堆化
i = ma
}
}
/* 堆排序 */
func heapSort(nums: inout [Int]) {
// 建堆操作:堆化除叶节点以外的其他所有节点
for i in stride(from: nums.count / 2 - 1, through: 0, by: -1) {
siftDown(nums: &nums, n: nums.count, i: i)
}
// 从堆中提取最大元素,循环 n-1 轮
for i in stride(from: nums.count - 1, to: 0, by: -1) {
// 交换根节点与最右叶节点(即交换首元素与尾元素)
nums.swapAt(0, i)
// 以根节点为起点,从顶至底进行堆化
siftDown(nums: &nums, n: i, i: 0)
}
}
```
=== "Zig"
```zig title="heap_sort.zig"
[class]{}-[func]{siftDown}
[class]{}-[func]{heapSort}
```
=== "Dart"
```dart title="heap_sort.dart"
@@ -542,6 +489,59 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="heap_sort.c"
/* 堆的长度为 n ,从节点 i 开始,从顶至底堆化 */
void siftDown(int nums[], int n, int i) {
while (1) {
// 判断节点 i, l, r 中值最大的节点,记为 ma
int l = 2 * i + 1;
int r = 2 * i + 2;
int ma = i;
if (l < n && nums[l] > nums[ma])
ma = l;
if (r < n && nums[r] > nums[ma])
ma = r;
// 若节点 i 最大或索引 l, r 越界,则无须继续堆化,跳出
if (ma == i) {
break;
}
// 交换两节点
int temp = nums[i];
nums[i] = nums[ma];
nums[ma] = temp;
// 循环向下堆化
i = ma;
}
}
/* 堆排序 */
void heapSort(int nums[], int n) {
// 建堆操作:堆化除叶节点以外的其他所有节点
for (int i = n / 2 - 1; i >= 0; --i) {
siftDown(nums, n, i);
}
// 从堆中提取最大元素,循环 n-1 轮
for (int i = n - 1; i > 0; --i) {
// 交换根节点与最右叶节点(即交换首元素与尾元素)
int tmp = nums[0];
nums[0] = nums[i];
nums[i] = tmp;
// 以根节点为起点,从顶至底进行堆化
siftDown(nums, i, 0);
}
}
```
=== "Zig"
```zig title="heap_sort.zig"
[class]{}-[func]{siftDown}
[class]{}-[func]{heapSort}
```
## 11.7.2 &nbsp; 算法特性
- **时间复杂度 $O(n \log n)$、非自适应排序**:建堆操作使用 $O(n)$ 时间。从堆中提取最大元素的时间复杂度为 $O(\log n)$ ,共循环 $n - 1$ 轮。

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@@ -27,22 +27,20 @@ comments: true
<p align="center"> 图 11-7 &nbsp; 插入排序流程 </p>
=== "Java"
=== "Python"
```java title="insertion_sort.java"
/* 插入排序 */
void insertionSort(int[] nums) {
// 外循环:已排序元素数量为 1, 2, ..., n
for (int i = 1; i < nums.length; i++) {
int base = nums[i], j = i - 1;
// 内循环:将 base 插入到已排序部分的正确位置
while (j >= 0 && nums[j] > base) {
nums[j + 1] = nums[j]; // 将 nums[j] 向右移动一位
j--;
}
nums[j + 1] = base; // 将 base 赋值到正确位置
}
}
```python title="insertion_sort.py"
def insertion_sort(nums: list[int]):
"""插入排序"""
# 外循环:已排序区间为 [0, i-1]
for i in range(1, len(nums)):
base = nums[i]
j = i - 1
# 内循环:将 base 插入到已排序区间 [0, i-1] 中的正确位置
while j >= 0 and nums[j] > base:
nums[j + 1] = nums[j] # 将 nums[j] 向右移动一位
j -= 1
nums[j + 1] = base # 将 base 赋值到正确位置
```
=== "C++"
@@ -63,20 +61,40 @@ comments: true
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="insertion_sort.py"
def insertion_sort(nums: list[int]):
"""插入排序"""
# 外循环:已排序区间为 [0, i-1]
for i in range(1, len(nums)):
base = nums[i]
j = i - 1
# 内循环:将 base 插入到已排序区间 [0, i-1] 中的正确位置
while j >= 0 and nums[j] > base:
nums[j + 1] = nums[j] # 将 nums[j] 向右移动一位
j -= 1
nums[j + 1] = base # 将 base 赋值到正确位置
```java title="insertion_sort.java"
/* 插入排序 */
void insertionSort(int[] nums) {
// 外循环:已排序元素数量为 1, 2, ..., n
for (int i = 1; i < nums.length; i++) {
int base = nums[i], j = i - 1;
// 内循环:将 base 插入到已排序部分的正确位置
while (j >= 0 && nums[j] > base) {
nums[j + 1] = nums[j]; // 将 nums[j] 向右移动一位
j--;
}
nums[j + 1] = base; // 将 base 赋值到正确位置
}
}
```
=== "C#"
```csharp title="insertion_sort.cs"
/* 插入排序 */
void insertionSort(int[] nums) {
// 外循环:已排序元素数量为 1, 2, ..., n
for (int i = 1; i < nums.Length; i++) {
int bas = nums[i], j = i - 1;
// 内循环:将 base 插入到已排序部分的正确位置
while (j >= 0 && nums[j] > bas) {
nums[j + 1] = nums[j]; // 将 nums[j] 向右移动一位
j--;
}
nums[j + 1] = bas; // 将 base 赋值到正确位置
}
}
```
=== "Go"
@@ -98,6 +116,25 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="insertion_sort.swift"
/* 插入排序 */
func insertionSort(nums: inout [Int]) {
// 外循环:已排序元素数量为 1, 2, ..., n
for i in stride(from: 1, to: nums.count, by: 1) {
let base = nums[i]
var j = i - 1
// 内循环:将 base 插入到已排序部分的正确位置
while j >= 0, nums[j] > base {
nums[j + 1] = nums[j] // 将 nums[j] 向右移动一位
j -= 1
}
nums[j + 1] = base // 将 base 赋值到正确位置
}
}
```
=== "JS"
```javascript title="insertion_sort.js"
@@ -136,82 +173,6 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="insertion_sort.c"
/* 插入排序 */
void insertionSort(int nums[], int size) {
// 外循环:已排序元素数量为 1, 2, ..., n
for (int i = 1; i < size; i++) {
int base = nums[i], j = i - 1;
// 内循环:将 base 插入到已排序部分的正确位置
while (j >= 0 && nums[j] > base) {
// 将 nums[j] 向右移动一位
nums[j + 1] = nums[j];
j--;
}
// 将 base 赋值到正确位置
nums[j + 1] = base;
}
}
```
=== "C#"
```csharp title="insertion_sort.cs"
/* 插入排序 */
void insertionSort(int[] nums) {
// 外循环:已排序元素数量为 1, 2, ..., n
for (int i = 1; i < nums.Length; i++) {
int bas = nums[i], j = i - 1;
// 内循环:将 base 插入到已排序部分的正确位置
while (j >= 0 && nums[j] > bas) {
nums[j + 1] = nums[j]; // 将 nums[j] 向右移动一位
j--;
}
nums[j + 1] = bas; // 将 base 赋值到正确位置
}
}
```
=== "Swift"
```swift title="insertion_sort.swift"
/* 插入排序 */
func insertionSort(nums: inout [Int]) {
// 外循环:已排序元素数量为 1, 2, ..., n
for i in stride(from: 1, to: nums.count, by: 1) {
let base = nums[i]
var j = i - 1
// 内循环:将 base 插入到已排序部分的正确位置
while j >= 0, nums[j] > base {
nums[j + 1] = nums[j] // 将 nums[j] 向右移动一位
j -= 1
}
nums[j + 1] = base // 将 base 赋值到正确位置
}
}
```
=== "Zig"
```zig title="insertion_sort.zig"
// 插入排序
fn insertionSort(nums: []i32) void {
// 外循环:已排序元素数量为 1, 2, ..., n
var i: usize = 1;
while (i < nums.len) : (i += 1) {
var base = nums[i];
var j: usize = i;
// 内循环:将 base 插入到已排序部分的正确位置
while (j >= 1 and nums[j - 1] > base) : (j -= 1) {
nums[j] = nums[j - 1]; // 将 nums[j] 向右移动一位
}
nums[j] = base; // 将 base 赋值到正确位置
}
}
```
=== "Dart"
```dart title="insertion_sort.dart"
@@ -248,6 +209,45 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="insertion_sort.c"
/* 插入排序 */
void insertionSort(int nums[], int size) {
// 外循环:已排序元素数量为 1, 2, ..., n
for (int i = 1; i < size; i++) {
int base = nums[i], j = i - 1;
// 内循环:将 base 插入到已排序部分的正确位置
while (j >= 0 && nums[j] > base) {
// 将 nums[j] 向右移动一位
nums[j + 1] = nums[j];
j--;
}
// 将 base 赋值到正确位置
nums[j + 1] = base;
}
}
```
=== "Zig"
```zig title="insertion_sort.zig"
// 插入排序
fn insertionSort(nums: []i32) void {
// 外循环:已排序元素数量为 1, 2, ..., n
var i: usize = 1;
while (i < nums.len) : (i += 1) {
var base = nums[i];
var j: usize = i;
// 内循环:将 base 插入到已排序部分的正确位置
while (j >= 1 and nums[j - 1] > base) : (j -= 1) {
nums[j] = nums[j - 1]; // 将 nums[j] 向右移动一位
}
nums[j] = base; // 将 base 赋值到正确位置
}
}
```
## 11.4.2 &nbsp; 算法特性
- **时间复杂度 $O(n^2)$、自适应排序**:最差情况下,每次插入操作分别需要循环 $n - 1$、$n-2$、$\dots$、$2$、$1$ 次,求和得到 $(n - 1) n / 2$ ,因此时间复杂度为 $O(n^2)$ 。在遇到有序数据时,插入操作会提前终止。当输入数组完全有序时,插入排序达到最佳时间复杂度 $O(n)$ 。

View File

@@ -59,47 +59,50 @@ comments: true
- **后序遍历**:先递归左子树,再递归右子树,最后处理根节点。
- **归并排序**:先递归左子数组,再递归右子数组,最后处理合并。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="merge_sort.java"
/* 合并左子数组和右子数组 */
// 左子数组区间 [left, mid]
// 右子数组区间 [mid + 1, right]
void merge(int[] nums, int left, int mid, int right) {
// 初始化辅助数组
int[] tmp = Arrays.copyOfRange(nums, left, right + 1);
// 左子数组的起始索引和结束索引
int leftStart = left - left, leftEnd = mid - left;
// 右子数组的起始索引和结束索引
int rightStart = mid + 1 - left, rightEnd = right - left;
// i, j 分别指向左子数组、右子数组的首元素
int i = leftStart, j = rightStart;
// 通过覆盖原数组 nums 来合并左子数组右子数组
for (int k = left; k <= right; k++) {
// 若“左子数组已全部合并完”,则选取右子数组元素,并且 j++
if (i > leftEnd)
nums[k] = tmp[j++];
// 否则,若“子数组已全部合并完”或“左子数组元素 <= 右子数组元素”,则选取子数组元素,并且 i++
else if (j > rightEnd || tmp[i] <= tmp[j])
nums[k] = tmp[i++];
// 否则,若“左右子数组都未全部合并完”且“左子数组元素 > 右子数组元素”,则选取右子数组元素,并且 j++
else
nums[k] = tmp[j++];
}
}
```python title="merge_sort.py"
def merge(nums: list[int], left: int, mid: int, right: int):
"""合并左子数组和右子数组"""
# 左子数组区间 [left, mid]
# 右子数组区间 [mid + 1, right]
# 初始化辅助数组
tmp = list(nums[left : right + 1])
# 左子数组的起始索引和结束索引
left_start = 0
left_end = mid - left
# 右子数组的起始索引和结束索引
right_start = mid + 1 - left
right_end = right - left
# i, j 分别指向左子数组右子数组的首元素
i = left_start
j = right_start
# 通过覆盖原数组 nums 来合并左子数组和右子数组
for k in range(left, right + 1):
# 若“子数组已全部合并完”,则选取子数组元素,并且 j++
if i > left_end:
nums[k] = tmp[j]
j += 1
# 否则,若“右子数组已全部合并完”或“左子数组元素 <= 右子数组元素”,则选取左子数组元素,并且 i++
elif j > right_end or tmp[i] <= tmp[j]:
nums[k] = tmp[i]
i += 1
# 否则,若“左右子数组都未全部合并完”且“左子数组元素 > 右子数组元素”,则选取右子数组元素,并且 j++
else:
nums[k] = tmp[j]
j += 1
/* 归并排序 */
void mergeSort(int[] nums, int left, int right) {
// 终止条件
if (left >= right)
return; // 当子数组长度为 1 时终止递归
// 划分阶段
int mid = (left + right) / 2; // 计算中点
mergeSort(nums, left, mid); // 递归左子数组
mergeSort(nums, mid + 1, right); // 递归右子数组
// 合并阶段
merge(nums, left, mid, right);
}
def merge_sort(nums: list[int], left: int, right: int):
"""归并排序"""
# 终止条件
if left >= right:
return # 当子数组长度为 1 时终止递归
# 划分阶段
mid = (left + right) // 2 # 计算中点
merge_sort(nums, left, mid) # 递归左子数组
merge_sort(nums, mid + 1, right) # 递归右子数组
# 合并阶段
merge(nums, left, mid, right)
```
=== "C++"
@@ -145,50 +148,89 @@ comments: true
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="merge_sort.py"
def merge(nums: list[int], left: int, mid: int, right: int):
"""合并左子数组和右子数组"""
# 左子数组区间 [left, mid]
# 右子数组区间 [mid + 1, right]
# 初始化辅助数组
tmp = list(nums[left : right + 1])
# 左子数组的起始索引和结束索引
left_start = 0
left_end = mid - left
# 右子数组的起始索引和结束索引
right_start = mid + 1 - left
right_end = right - left
# i, j 分别指向左子数组右子数组的首元素
i = left_start
j = right_start
# 通过覆盖原数组 nums 来合并左子数组和右子数组
for k in range(left, right + 1):
# 若“子数组已全部合并完”,则选取子数组元素,并且 j++
if i > left_end:
nums[k] = tmp[j]
j += 1
# 否则,若“右子数组已全部合并完”或“左子数组元素 <= 右子数组元素”,则选取左子数组元素,并且 i++
elif j > right_end or tmp[i] <= tmp[j]:
nums[k] = tmp[i]
i += 1
# 否则,若“左右子数组都未全部合并完”且“左子数组元素 > 右子数组元素”,则选取右子数组元素,并且 j++
else:
nums[k] = tmp[j]
j += 1
```java title="merge_sort.java"
/* 合并左子数组和右子数组 */
// 左子数组区间 [left, mid]
// 右子数组区间 [mid + 1, right]
void merge(int[] nums, int left, int mid, int right) {
// 初始化辅助数组
int[] tmp = Arrays.copyOfRange(nums, left, right + 1);
// 左子数组的起始索引和结束索引
int leftStart = left - left, leftEnd = mid - left;
// 右子数组的起始索引和结束索引
int rightStart = mid + 1 - left, rightEnd = right - left;
// i, j 分别指向左子数组、右子数组的首元素
int i = leftStart, j = rightStart;
// 通过覆盖原数组 nums 来合并左子数组右子数组
for (int k = left; k <= right; k++) {
// 若“左子数组已全部合并完”,则选取右子数组元素,并且 j++
if (i > leftEnd)
nums[k] = tmp[j++];
// 否则,若“子数组已全部合并完”或“左子数组元素 <= 右子数组元素”,则选取子数组元素,并且 i++
else if (j > rightEnd || tmp[i] <= tmp[j])
nums[k] = tmp[i++];
// 否则,若“左右子数组都未全部合并完”且“左子数组元素 > 右子数组元素”,则选取右子数组元素,并且 j++
else
nums[k] = tmp[j++];
}
}
def merge_sort(nums: list[int], left: int, right: int):
"""归并排序"""
# 终止条件
if left >= right:
return # 当子数组长度为 1 时终止递归
# 划分阶段
mid = (left + right) // 2 # 计算中点
merge_sort(nums, left, mid) # 递归左子数组
merge_sort(nums, mid + 1, right) # 递归右子数组
# 合并阶段
merge(nums, left, mid, right)
/* 归并排序 */
void mergeSort(int[] nums, int left, int right) {
// 终止条件
if (left >= right)
return; // 当子数组长度为 1 时终止递归
// 划分阶段
int mid = (left + right) / 2; // 计算中点
mergeSort(nums, left, mid); // 递归左子数组
mergeSort(nums, mid + 1, right); // 递归右子数组
// 合并阶段
merge(nums, left, mid, right);
}
```
=== "C#"
```csharp title="merge_sort.cs"
/* 合并左子数组和右子数组 */
// 左子数组区间 [left, mid]
// 右子数组区间 [mid + 1, right]
void merge(int[] nums, int left, int mid, int right) {
// 初始化辅助数组
int[] tmp = nums[left..(right + 1)];
// 左子数组的起始索引和结束索引
int leftStart = left - left, leftEnd = mid - left;
// 右子数组的起始索引和结束索引
int rightStart = mid + 1 - left, rightEnd = right - left;
// i, j 分别指向左子数组、右子数组的首元素
int i = leftStart, j = rightStart;
// 通过覆盖原数组 nums 来合并左子数组和右子数组
for (int k = left; k <= right; k++) {
// 若“左子数组已全部合并完”,则选取右子数组元素,并且 j++
if (i > leftEnd)
nums[k] = tmp[j++];
// 否则,若“右子数组已全部合并完”或“左子数组元素 <= 右子数组元素”,则选取左子数组元素,并且 i++
else if (j > rightEnd || tmp[i] <= tmp[j])
nums[k] = tmp[i++];
// 否则,若“左右子数组都未全部合并完”且“左子数组元素 > 右子数组元素”,则选取右子数组元素,并且 j++
else
nums[k] = tmp[j++];
}
}
/* 归并排序 */
void mergeSort(int[] nums, int left, int right) {
// 终止条件
if (left >= right) return; // 当子数组长度为 1 时终止递归
// 划分阶段
int mid = (left + right) / 2; // 计算中点
mergeSort(nums, left, mid); // 递归左子数组
mergeSort(nums, mid + 1, right); // 递归右子数组
// 合并阶段
merge(nums, left, mid, right);
}
```
=== "Go"
@@ -242,6 +284,59 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="merge_sort.swift"
/* 合并左子数组和右子数组 */
// 左子数组区间 [left, mid]
// 右子数组区间 [mid + 1, right]
func merge(nums: inout [Int], left: Int, mid: Int, right: Int) {
// 初始化辅助数组
let tmp = Array(nums[left ..< (right + 1)])
// 左子数组的起始索引和结束索引
let leftStart = left - left
let leftEnd = mid - left
// 右子数组的起始索引和结束索引
let rightStart = mid + 1 - left
let rightEnd = right - left
// i, j 分别指向左子数组、右子数组的首元素
var i = leftStart
var j = rightStart
// 通过覆盖原数组 nums 来合并左子数组和右子数组
for k in left ... right {
// 若“左子数组已全部合并完”,则选取右子数组元素,并且 j++
if i > leftEnd {
nums[k] = tmp[j]
j += 1
}
// 否则,若“右子数组已全部合并完”或“左子数组元素 <= 右子数组元素”,则选取左子数组元素,并且 i++
else if j > rightEnd || tmp[i] <= tmp[j] {
nums[k] = tmp[i]
i += 1
}
// 否则,若“左右子数组都未全部合并完”且“左子数组元素 > 右子数组元素”,则选取右子数组元素,并且 j++
else {
nums[k] = tmp[j]
j += 1
}
}
}
/* 归并排序 */
func mergeSort(nums: inout [Int], left: Int, right: Int) {
// 终止条件
if left >= right { // 当子数组长度为 1 时终止递归
return
}
// 划分阶段
let mid = (left + right) / 2 // 计算中点
mergeSort(nums: &nums, left: left, right: mid) // 递归左子数组
mergeSort(nums: &nums, left: mid + 1, right: right) // 递归右子数组
// 合并阶段
merge(nums: &nums, left: left, mid: mid, right: right)
}
```
=== "JS"
```javascript title="merge_sort.js"
@@ -334,202 +429,6 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="merge_sort.c"
/* 合并左子数组和右子数组 */
// 左子数组区间 [left, mid]
// 右子数组区间 [mid + 1, right]
void merge(int *nums, int left, int mid, int right) {
int index;
// 初始化辅助数组
int tmp[right + 1 - left];
for (index = left; index < right + 1; index++) {
tmp[index - left] = nums[index];
}
// 左子数组的起始索引和结束索引
int leftStart = left - left, leftEnd = mid - left;
// 右子数组的起始索引和结束索引
int rightStart = mid + 1 - left, rightEnd = right - left;
// i, j 分别指向左子数组、右子数组的首元素
int i = leftStart, j = rightStart;
// 通过覆盖原数组 nums 来合并左子数组和右子数组
for (int k = left; k <= right; k++) {
// 若“左子数组已全部合并完”,则选取右子数组元素,并且 j++
if (i > leftEnd)
nums[k] = tmp[j++];
// 否则,若“右子数组已全部合并完”或“左子数组元素 <= 右子数组元素”,则选取左子数组元素,并且 i++
else if (j > rightEnd || tmp[i] <= tmp[j])
nums[k] = tmp[i++];
// 否则,若“左右子数组都未全部合并完”且“左子数组元素 > 右子数组元素”,则选取右子数组元素,并且 j++
else
nums[k] = tmp[j++];
}
}
/* 归并排序 */
void mergeSort(int *nums, int left, int right) {
// 终止条件
if (left >= right)
return; // 当子数组长度为 1 时终止递归
// 划分阶段
int mid = (left + right) / 2; // 计算中点
mergeSort(nums, left, mid); // 递归左子数组
mergeSort(nums, mid + 1, right); // 递归右子数组
// 合并阶段
merge(nums, left, mid, right);
}
```
=== "C#"
```csharp title="merge_sort.cs"
/* 合并左子数组和右子数组 */
// 左子数组区间 [left, mid]
// 右子数组区间 [mid + 1, right]
void merge(int[] nums, int left, int mid, int right) {
// 初始化辅助数组
int[] tmp = nums[left..(right + 1)];
// 左子数组的起始索引和结束索引
int leftStart = left - left, leftEnd = mid - left;
// 右子数组的起始索引和结束索引
int rightStart = mid + 1 - left, rightEnd = right - left;
// i, j 分别指向左子数组、右子数组的首元素
int i = leftStart, j = rightStart;
// 通过覆盖原数组 nums 来合并左子数组和右子数组
for (int k = left; k <= right; k++) {
// 若“左子数组已全部合并完”,则选取右子数组元素,并且 j++
if (i > leftEnd)
nums[k] = tmp[j++];
// 否则,若“右子数组已全部合并完”或“左子数组元素 <= 右子数组元素”,则选取左子数组元素,并且 i++
else if (j > rightEnd || tmp[i] <= tmp[j])
nums[k] = tmp[i++];
// 否则,若“左右子数组都未全部合并完”且“左子数组元素 > 右子数组元素”,则选取右子数组元素,并且 j++
else
nums[k] = tmp[j++];
}
}
/* 归并排序 */
void mergeSort(int[] nums, int left, int right) {
// 终止条件
if (left >= right) return; // 当子数组长度为 1 时终止递归
// 划分阶段
int mid = (left + right) / 2; // 计算中点
mergeSort(nums, left, mid); // 递归左子数组
mergeSort(nums, mid + 1, right); // 递归右子数组
// 合并阶段
merge(nums, left, mid, right);
}
```
=== "Swift"
```swift title="merge_sort.swift"
/* 合并左子数组和右子数组 */
// 左子数组区间 [left, mid]
// 右子数组区间 [mid + 1, right]
func merge(nums: inout [Int], left: Int, mid: Int, right: Int) {
// 初始化辅助数组
let tmp = Array(nums[left ..< (right + 1)])
// 左子数组的起始索引和结束索引
let leftStart = left - left
let leftEnd = mid - left
// 右子数组的起始索引和结束索引
let rightStart = mid + 1 - left
let rightEnd = right - left
// i, j 分别指向左子数组、右子数组的首元素
var i = leftStart
var j = rightStart
// 通过覆盖原数组 nums 来合并左子数组和右子数组
for k in left ... right {
// 若“左子数组已全部合并完”,则选取右子数组元素,并且 j++
if i > leftEnd {
nums[k] = tmp[j]
j += 1
}
// 否则,若“右子数组已全部合并完”或“左子数组元素 <= 右子数组元素”,则选取左子数组元素,并且 i++
else if j > rightEnd || tmp[i] <= tmp[j] {
nums[k] = tmp[i]
i += 1
}
// 否则,若“左右子数组都未全部合并完”且“左子数组元素 > 右子数组元素”,则选取右子数组元素,并且 j++
else {
nums[k] = tmp[j]
j += 1
}
}
}
/* 归并排序 */
func mergeSort(nums: inout [Int], left: Int, right: Int) {
// 终止条件
if left >= right { // 当子数组长度为 1 时终止递归
return
}
// 划分阶段
let mid = (left + right) / 2 // 计算中点
mergeSort(nums: &nums, left: left, right: mid) // 递归左子数组
mergeSort(nums: &nums, left: mid + 1, right: right) // 递归右子数组
// 合并阶段
merge(nums: &nums, left: left, mid: mid, right: right)
}
```
=== "Zig"
```zig title="merge_sort.zig"
// 合并左子数组和右子数组
// 左子数组区间 [left, mid]
// 右子数组区间 [mid + 1, right]
fn merge(nums: []i32, left: usize, mid: usize, right: usize) !void {
// 初始化辅助数组
var mem_arena = std.heap.ArenaAllocator.init(std.heap.page_allocator);
defer mem_arena.deinit();
const mem_allocator = mem_arena.allocator();
var tmp = try mem_allocator.alloc(i32, right + 1 - left);
std.mem.copy(i32, tmp, nums[left..right+1]);
// 左子数组的起始索引和结束索引
var leftStart = left - left;
var leftEnd = mid - left;
// 右子数组的起始索引和结束索引
var rightStart = mid + 1 - left;
var rightEnd = right - left;
// i, j 分别指向左子数组、右子数组的首元素
var i = leftStart;
var j = rightStart;
// 通过覆盖原数组 nums 来合并左子数组和右子数组
var k = left;
while (k <= right) : (k += 1) {
// 若“左子数组已全部合并完”,则选取右子数组元素,并且 j++
if (i > leftEnd) {
nums[k] = tmp[j];
j += 1;
// 否则,若“右子数组已全部合并完”或“左子数组元素 <= 右子数组元素”,则选取左子数组元素,并且 i++
} else if (j > rightEnd or tmp[i] <= tmp[j]) {
nums[k] = tmp[i];
i += 1;
// 否则,若“左右子数组都未全部合并完”且“左子数组元素 > 右子数组元素”,则选取右子数组元素,并且 j++
} else {
nums[k] = tmp[j];
j += 1;
}
}
}
// 归并排序
fn mergeSort(nums: []i32, left: usize, right: usize) !void {
// 终止条件
if (left >= right) return; // 当子数组长度为 1 时终止递归
// 划分阶段
var mid = (left + right) / 2; // 计算中点
try mergeSort(nums, left, mid); // 递归左子数组
try mergeSort(nums, mid + 1, right); // 递归右子数组
// 合并阶段
try merge(nums, left, mid, right);
}
```
=== "Dart"
```dart title="merge_sort.dart"
@@ -620,6 +519,107 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="merge_sort.c"
/* 合并左子数组和右子数组 */
// 左子数组区间 [left, mid]
// 右子数组区间 [mid + 1, right]
void merge(int *nums, int left, int mid, int right) {
int index;
// 初始化辅助数组
int tmp[right + 1 - left];
for (index = left; index < right + 1; index++) {
tmp[index - left] = nums[index];
}
// 左子数组的起始索引和结束索引
int leftStart = left - left, leftEnd = mid - left;
// 右子数组的起始索引和结束索引
int rightStart = mid + 1 - left, rightEnd = right - left;
// i, j 分别指向左子数组、右子数组的首元素
int i = leftStart, j = rightStart;
// 通过覆盖原数组 nums 来合并左子数组和右子数组
for (int k = left; k <= right; k++) {
// 若“左子数组已全部合并完”,则选取右子数组元素,并且 j++
if (i > leftEnd)
nums[k] = tmp[j++];
// 否则,若“右子数组已全部合并完”或“左子数组元素 <= 右子数组元素”,则选取左子数组元素,并且 i++
else if (j > rightEnd || tmp[i] <= tmp[j])
nums[k] = tmp[i++];
// 否则,若“左右子数组都未全部合并完”且“左子数组元素 > 右子数组元素”,则选取右子数组元素,并且 j++
else
nums[k] = tmp[j++];
}
}
/* 归并排序 */
void mergeSort(int *nums, int left, int right) {
// 终止条件
if (left >= right)
return; // 当子数组长度为 1 时终止递归
// 划分阶段
int mid = (left + right) / 2; // 计算中点
mergeSort(nums, left, mid); // 递归左子数组
mergeSort(nums, mid + 1, right); // 递归右子数组
// 合并阶段
merge(nums, left, mid, right);
}
```
=== "Zig"
```zig title="merge_sort.zig"
// 合并左子数组和右子数组
// 左子数组区间 [left, mid]
// 右子数组区间 [mid + 1, right]
fn merge(nums: []i32, left: usize, mid: usize, right: usize) !void {
// 初始化辅助数组
var mem_arena = std.heap.ArenaAllocator.init(std.heap.page_allocator);
defer mem_arena.deinit();
const mem_allocator = mem_arena.allocator();
var tmp = try mem_allocator.alloc(i32, right + 1 - left);
std.mem.copy(i32, tmp, nums[left..right+1]);
// 左子数组的起始索引和结束索引
var leftStart = left - left;
var leftEnd = mid - left;
// 右子数组的起始索引和结束索引
var rightStart = mid + 1 - left;
var rightEnd = right - left;
// i, j 分别指向左子数组、右子数组的首元素
var i = leftStart;
var j = rightStart;
// 通过覆盖原数组 nums 来合并左子数组和右子数组
var k = left;
while (k <= right) : (k += 1) {
// 若“左子数组已全部合并完”,则选取右子数组元素,并且 j++
if (i > leftEnd) {
nums[k] = tmp[j];
j += 1;
// 否则,若“右子数组已全部合并完”或“左子数组元素 <= 右子数组元素”,则选取左子数组元素,并且 i++
} else if (j > rightEnd or tmp[i] <= tmp[j]) {
nums[k] = tmp[i];
i += 1;
// 否则,若“左右子数组都未全部合并完”且“左子数组元素 > 右子数组元素”,则选取右子数组元素,并且 j++
} else {
nums[k] = tmp[j];
j += 1;
}
}
}
// 归并排序
fn mergeSort(nums: []i32, left: usize, right: usize) !void {
// 终止条件
if (left >= right) return; // 当子数组长度为 1 时终止递归
// 划分阶段
var mid = (left + right) / 2; // 计算中点
try mergeSort(nums, left, mid); // 递归左子数组
try mergeSort(nums, mid + 1, right); // 递归右子数组
// 合并阶段
try merge(nums, left, mid, right);
}
```
实现合并函数 `merge()` 存在以下难点。
- **需要特别注意各个变量的含义**。`nums` 的待合并区间为 `[left, right]` ,但由于 `tmp` 仅复制了 `nums` 该区间的元素,因此 `tmp` 对应区间为 `[0, right - left]` 。

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@@ -30,6 +30,102 @@ $$
此外,我们需要小幅改动计数排序代码,使之可以根据数字的第 $k$ 位进行排序。
=== "Python"
```python title="radix_sort.py"
def digit(num: int, exp: int) -> int:
"""获取元素 num 的第 k 位,其中 exp = 10^(k-1)"""
# 传入 exp 而非 k 可以避免在此重复执行昂贵的次方计算
return (num // exp) % 10
def counting_sort_digit(nums: list[int], exp: int):
"""计数排序(根据 nums 第 k 位排序)"""
# 十进制的位范围为 0~9 ,因此需要长度为 10 的桶
counter = [0] * 10
n = len(nums)
# 统计 0~9 各数字的出现次数
for i in range(n):
d = digit(nums[i], exp) # 获取 nums[i] 第 k 位,记为 d
counter[d] += 1 # 统计数字 d 的出现次数
# 求前缀和,将“出现个数”转换为“数组索引”
for i in range(1, 10):
counter[i] += counter[i - 1]
# 倒序遍历,根据桶内统计结果,将各元素填入 res
res = [0] * n
for i in range(n - 1, -1, -1):
d = digit(nums[i], exp)
j = counter[d] - 1 # 获取 d 在数组中的索引 j
res[j] = nums[i] # 将当前元素填入索引 j
counter[d] -= 1 # 将 d 的数量减 1
# 使用结果覆盖原数组 nums
for i in range(n):
nums[i] = res[i]
def radix_sort(nums: list[int]):
"""基数排序"""
# 获取数组的最大元素,用于判断最大位数
m = max(nums)
# 按照从低位到高位的顺序遍历
exp = 1
while exp <= m:
# 对数组元素的第 k 位执行计数排序
# k = 1 -> exp = 1
# k = 2 -> exp = 10
# 即 exp = 10^(k-1)
counting_sort_digit(nums, exp)
exp *= 10
```
=== "C++"
```cpp title="radix_sort.cpp"
/* 获取元素 num 的第 k 位,其中 exp = 10^(k-1) */
int digit(int num, int exp) {
// 传入 exp 而非 k 可以避免在此重复执行昂贵的次方计算
return (num / exp) % 10;
}
/* 计数排序(根据 nums 第 k 位排序) */
void countingSortDigit(vector<int> &nums, int exp) {
// 十进制的位范围为 0~9 ,因此需要长度为 10 的桶
vector<int> counter(10, 0);
int n = nums.size();
// 统计 0~9 各数字的出现次数
for (int i = 0; i < n; i++) {
int d = digit(nums[i], exp); // 获取 nums[i] 第 k 位,记为 d
counter[d]++; // 统计数字 d 的出现次数
}
// 求前缀和,将“出现个数”转换为“数组索引”
for (int i = 1; i < 10; i++) {
counter[i] += counter[i - 1];
}
// 倒序遍历,根据桶内统计结果,将各元素填入 res
vector<int> res(n, 0);
for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {
int d = digit(nums[i], exp);
int j = counter[d] - 1; // 获取 d 在数组中的索引 j
res[j] = nums[i]; // 将当前元素填入索引 j
counter[d]--; // 将 d 的数量减 1
}
// 使用结果覆盖原数组 nums
for (int i = 0; i < n; i++)
nums[i] = res[i];
}
/* 基数排序 */
void radixSort(vector<int> &nums) {
// 获取数组的最大元素,用于判断最大位数
int m = *max_element(nums.begin(), nums.end());
// 按照从低位到高位的顺序遍历
for (int exp = 1; exp <= m; exp *= 10)
// 对数组元素的第 k 位执行计数排序
// k = 1 -> exp = 1
// k = 2 -> exp = 10
// 即 exp = 10^(k-1)
countingSortDigit(nums, exp);
}
```
=== "Java"
```java title="radix_sort.java"
@@ -83,9 +179,9 @@ $$
}
```
=== "C++"
=== "C#"
```cpp title="radix_sort.cpp"
```csharp title="radix_sort.cs"
/* 获取元素 num 的第 k 位,其中 exp = 10^(k-1) */
int digit(int num, int exp) {
// 传入 exp 而非 k 可以避免在此重复执行昂贵的次方计算
@@ -93,10 +189,10 @@ $$
}
/* 计数排序(根据 nums 第 k 位排序) */
void countingSortDigit(vector<int> &nums, int exp) {
void countingSortDigit(int[] nums, int exp) {
// 十进制的位范围为 0~9 ,因此需要长度为 10 的桶
vector<int> counter(10, 0);
int n = nums.size();
int[] counter = new int[10];
int n = nums.Length;
// 统计 0~9 各数字的出现次数
for (int i = 0; i < n; i++) {
int d = digit(nums[i], exp); // 获取 nums[i] 第 k 位,记为 d
@@ -107,7 +203,7 @@ $$
counter[i] += counter[i - 1];
}
// 倒序遍历,根据桶内统计结果,将各元素填入 res
vector<int> res(n, 0);
int[] res = new int[n];
for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {
int d = digit(nums[i], exp);
int j = counter[d] - 1; // 获取 d 在数组中的索引 j
@@ -115,70 +211,29 @@ $$
counter[d]--; // 将 d 的数量减 1
}
// 使用结果覆盖原数组 nums
for (int i = 0; i < n; i++)
for (int i = 0; i < n; i++) {
nums[i] = res[i];
}
}
/* 基数排序 */
void radixSort(vector<int> &nums) {
void radixSort(int[] nums) {
// 获取数组的最大元素,用于判断最大位数
int m = *max_element(nums.begin(), nums.end());
int m = int.MinValue;
foreach (int num in nums) {
if (num > m) m = num;
}
// 按照从低位到高位的顺序遍历
for (int exp = 1; exp <= m; exp *= 10)
for (int exp = 1; exp <= m; exp *= 10) {
// 对数组元素的第 k 位执行计数排序
// k = 1 -> exp = 1
// k = 2 -> exp = 10
// 即 exp = 10^(k-1)
countingSortDigit(nums, exp);
}
}
```
=== "Python"
```python title="radix_sort.py"
def digit(num: int, exp: int) -> int:
"""获取元素 num 的第 k 位,其中 exp = 10^(k-1)"""
# 传入 exp 而非 k 可以避免在此重复执行昂贵的次方计算
return (num // exp) % 10
def counting_sort_digit(nums: list[int], exp: int):
"""计数排序(根据 nums 第 k 位排序)"""
# 十进制的位范围为 0~9 ,因此需要长度为 10 的桶
counter = [0] * 10
n = len(nums)
# 统计 0~9 各数字的出现次数
for i in range(n):
d = digit(nums[i], exp) # 获取 nums[i] 第 k 位,记为 d
counter[d] += 1 # 统计数字 d 的出现次数
# 求前缀和,将“出现个数”转换为“数组索引”
for i in range(1, 10):
counter[i] += counter[i - 1]
# 倒序遍历,根据桶内统计结果,将各元素填入 res
res = [0] * n
for i in range(n - 1, -1, -1):
d = digit(nums[i], exp)
j = counter[d] - 1 # 获取 d 在数组中的索引 j
res[j] = nums[i] # 将当前元素填入索引 j
counter[d] -= 1 # 将 d 的数量减 1
# 使用结果覆盖原数组 nums
for i in range(n):
nums[i] = res[i]
def radix_sort(nums: list[int]):
"""基数排序"""
# 获取数组的最大元素,用于判断最大位数
m = max(nums)
# 按照从低位到高位的顺序遍历
exp = 1
while exp <= m:
# 对数组元素的第 k 位执行计数排序
# k = 1 -> exp = 1
# k = 2 -> exp = 10
# 即 exp = 10^(k-1)
counting_sort_digit(nums, exp)
exp *= 10
```
=== "Go"
```go title="radix_sort.go"
@@ -236,6 +291,63 @@ $$
}
```
=== "Swift"
```swift title="radix_sort.swift"
/* 获取元素 num 的第 k 位,其中 exp = 10^(k-1) */
func digit(num: Int, exp: Int) -> Int {
// 传入 exp 而非 k 可以避免在此重复执行昂贵的次方计算
(num / exp) % 10
}
/* 计数排序(根据 nums 第 k 位排序) */
func countingSortDigit(nums: inout [Int], exp: Int) {
// 十进制的位范围为 0~9 ,因此需要长度为 10 的桶
var counter = Array(repeating: 0, count: 10)
let n = nums.count
// 统计 0~9 各数字的出现次数
for i in nums.indices {
let d = digit(num: nums[i], exp: exp) // 获取 nums[i] 第 k 位,记为 d
counter[d] += 1 // 统计数字 d 的出现次数
}
// 求前缀和,将“出现个数”转换为“数组索引”
for i in 1 ..< 10 {
counter[i] += counter[i - 1]
}
// 倒序遍历,根据桶内统计结果,将各元素填入 res
var res = Array(repeating: 0, count: n)
for i in stride(from: n - 1, through: 0, by: -1) {
let d = digit(num: nums[i], exp: exp)
let j = counter[d] - 1 // 获取 d 在数组中的索引 j
res[j] = nums[i] // 将当前元素填入索引 j
counter[d] -= 1 // 将 d 的数量减 1
}
// 使用结果覆盖原数组 nums
for i in nums.indices {
nums[i] = res[i]
}
}
/* 基数排序 */
func radixSort(nums: inout [Int]) {
// 获取数组的最大元素,用于判断最大位数
var m = Int.min
for num in nums {
if num > m {
m = num
}
}
// 按照从低位到高位的顺序遍历
for exp in sequence(first: 1, next: { m >= ($0 * 10) ? $0 * 10 : nil }) {
// 对数组元素的第 k 位执行计数排序
// k = 1 -> exp = 1
// k = 2 -> exp = 10
// 即 exp = 10^(k-1)
countingSortDigit(nums: &nums, exp: exp)
}
}
```
=== "JS"
```javascript title="radix_sort.js"
@@ -350,239 +462,6 @@ $$
}
```
=== "C"
```c title="radix_sort.c"
/* 获取元素 num 的第 k 位,其中 exp = 10^(k-1) */
int digit(int num, int exp) {
// 传入 exp 而非 k 可以避免在此重复执行昂贵的次方计算
return (num / exp) % 10;
}
/* 计数排序(根据 nums 第 k 位排序) */
void countingSortDigit(int nums[], int size, int exp) {
// 十进制的位范围为 0~9 ,因此需要长度为 10 的桶
int *counter = (int *)malloc((sizeof(int) * 10));
// 统计 0~9 各数字的出现次数
for (int i = 0; i < size; i++) {
// 获取 nums[i] 第 k 位,记为 d
int d = digit(nums[i], exp);
// 统计数字 d 的出现次数
counter[d]++;
}
// 求前缀和,将“出现个数”转换为“数组索引”
for (int i = 1; i < 10; i++) {
counter[i] += counter[i - 1];
}
// 倒序遍历,根据桶内统计结果,将各元素填入 res
int *res = (int *)malloc(sizeof(int) * size);
for (int i = size - 1; i >= 0; i--) {
int d = digit(nums[i], exp);
int j = counter[d] - 1; // 获取 d 在数组中的索引 j
res[j] = nums[i]; // 将当前元素填入索引 j
counter[d]--; // 将 d 的数量减 1
}
// 使用结果覆盖原数组 nums
for (int i = 0; i < size; i++) {
nums[i] = res[i];
}
}
/* 基数排序 */
void radixSort(int nums[], int size) {
// 获取数组的最大元素,用于判断最大位数
int max = INT32_MIN;
for (size_t i = 0; i < size - 1; i++) {
if (nums[i] > max) {
max = nums[i];
}
}
// 按照从低位到高位的顺序遍历
for (int exp = 1; max >= exp; exp *= 10)
// 对数组元素的第 k 位执行计数排序
// k = 1 -> exp = 1
// k = 2 -> exp = 10
// 即 exp = 10^(k-1)
countingSortDigit(nums, size, exp);
}
```
=== "C#"
```csharp title="radix_sort.cs"
/* 获取元素 num 的第 k 位,其中 exp = 10^(k-1) */
int digit(int num, int exp) {
// 传入 exp 而非 k 可以避免在此重复执行昂贵的次方计算
return (num / exp) % 10;
}
/* 计数排序(根据 nums 第 k 位排序) */
void countingSortDigit(int[] nums, int exp) {
// 十进制的位范围为 0~9 ,因此需要长度为 10 的桶
int[] counter = new int[10];
int n = nums.Length;
// 统计 0~9 各数字的出现次数
for (int i = 0; i < n; i++) {
int d = digit(nums[i], exp); // 获取 nums[i] 第 k 位,记为 d
counter[d]++; // 统计数字 d 的出现次数
}
// 求前缀和,将“出现个数”转换为“数组索引”
for (int i = 1; i < 10; i++) {
counter[i] += counter[i - 1];
}
// 倒序遍历,根据桶内统计结果,将各元素填入 res
int[] res = new int[n];
for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {
int d = digit(nums[i], exp);
int j = counter[d] - 1; // 获取 d 在数组中的索引 j
res[j] = nums[i]; // 将当前元素填入索引 j
counter[d]--; // 将 d 的数量减 1
}
// 使用结果覆盖原数组 nums
for (int i = 0; i < n; i++) {
nums[i] = res[i];
}
}
/* 基数排序 */
void radixSort(int[] nums) {
// 获取数组的最大元素,用于判断最大位数
int m = int.MinValue;
foreach (int num in nums) {
if (num > m) m = num;
}
// 按照从低位到高位的顺序遍历
for (int exp = 1; exp <= m; exp *= 10) {
// 对数组元素的第 k 位执行计数排序
// k = 1 -> exp = 1
// k = 2 -> exp = 10
// 即 exp = 10^(k-1)
countingSortDigit(nums, exp);
}
}
```
=== "Swift"
```swift title="radix_sort.swift"
/* 获取元素 num 的第 k 位,其中 exp = 10^(k-1) */
func digit(num: Int, exp: Int) -> Int {
// 传入 exp 而非 k 可以避免在此重复执行昂贵的次方计算
(num / exp) % 10
}
/* 计数排序(根据 nums 第 k 位排序) */
func countingSortDigit(nums: inout [Int], exp: Int) {
// 十进制的位范围为 0~9 ,因此需要长度为 10 的桶
var counter = Array(repeating: 0, count: 10)
let n = nums.count
// 统计 0~9 各数字的出现次数
for i in nums.indices {
let d = digit(num: nums[i], exp: exp) // 获取 nums[i] 第 k 位,记为 d
counter[d] += 1 // 统计数字 d 的出现次数
}
// 求前缀和,将“出现个数”转换为“数组索引”
for i in 1 ..< 10 {
counter[i] += counter[i - 1]
}
// 倒序遍历,根据桶内统计结果,将各元素填入 res
var res = Array(repeating: 0, count: n)
for i in stride(from: n - 1, through: 0, by: -1) {
let d = digit(num: nums[i], exp: exp)
let j = counter[d] - 1 // 获取 d 在数组中的索引 j
res[j] = nums[i] // 将当前元素填入索引 j
counter[d] -= 1 // 将 d 的数量减 1
}
// 使用结果覆盖原数组 nums
for i in nums.indices {
nums[i] = res[i]
}
}
/* 基数排序 */
func radixSort(nums: inout [Int]) {
// 获取数组的最大元素,用于判断最大位数
var m = Int.min
for num in nums {
if num > m {
m = num
}
}
// 按照从低位到高位的顺序遍历
for exp in sequence(first: 1, next: { m >= ($0 * 10) ? $0 * 10 : nil }) {
// 对数组元素的第 k 位执行计数排序
// k = 1 -> exp = 1
// k = 2 -> exp = 10
// 即 exp = 10^(k-1)
countingSortDigit(nums: &nums, exp: exp)
}
}
```
=== "Zig"
```zig title="radix_sort.zig"
// 获取元素 num 的第 k 位,其中 exp = 10^(k-1)
fn digit(num: i32, exp: i32) i32 {
// 传入 exp 而非 k 可以避免在此重复执行昂贵的次方计算
return @mod(@divFloor(num, exp), 10);
}
// 计数排序(根据 nums 第 k 位排序)
fn countingSortDigit(nums: []i32, exp: i32) !void {
// 十进制的位范围为 0~9 ,因此需要长度为 10 的桶
var mem_arena = std.heap.ArenaAllocator.init(std.heap.page_allocator);
// defer mem_arena.deinit();
const mem_allocator = mem_arena.allocator();
var counter = try mem_allocator.alloc(usize, 10);
@memset(counter, 0);
var n = nums.len;
// 统计 0~9 各数字的出现次数
for (nums) |num| {
var d: u32 = @bitCast(digit(num, exp)); // 获取 nums[i] 第 k 位,记为 d
counter[d] += 1; // 统计数字 d 的出现次数
}
// 求前缀和,将“出现个数”转换为“数组索引”
var i: usize = 1;
while (i < 10) : (i += 1) {
counter[i] += counter[i - 1];
}
// 倒序遍历,根据桶内统计结果,将各元素填入 res
var res = try mem_allocator.alloc(i32, n);
i = n - 1;
while (i >= 0) : (i -= 1) {
var d: u32 = @bitCast(digit(nums[i], exp));
var j = counter[d] - 1; // 获取 d 在数组中的索引 j
res[j] = nums[i]; // 将当前元素填入索引 j
counter[d] -= 1; // 将 d 的数量减 1
if (i == 0) break;
}
// 使用结果覆盖原数组 nums
i = 0;
while (i < n) : (i += 1) {
nums[i] = res[i];
}
}
// 基数排序
fn radixSort(nums: []i32) !void {
// 获取数组的最大元素,用于判断最大位数
var m: i32 = std.math.minInt(i32);
for (nums) |num| {
if (num > m) m = num;
}
// 按照从低位到高位的顺序遍历
var exp: i32 = 1;
while (exp <= m) : (exp *= 10) {
// 对数组元素的第 k 位执行计数排序
// k = 1 -> exp = 1
// k = 2 -> exp = 10
// 即 exp = 10^(k-1)
try countingSortDigit(nums, exp);
}
}
```
=== "Dart"
```dart title="radix_sort.dart"
@@ -684,6 +563,127 @@ $$
}
```
=== "C"
```c title="radix_sort.c"
/* 获取元素 num 的第 k 位,其中 exp = 10^(k-1) */
int digit(int num, int exp) {
// 传入 exp 而非 k 可以避免在此重复执行昂贵的次方计算
return (num / exp) % 10;
}
/* 计数排序(根据 nums 第 k 位排序) */
void countingSortDigit(int nums[], int size, int exp) {
// 十进制的位范围为 0~9 ,因此需要长度为 10 的桶
int *counter = (int *)malloc((sizeof(int) * 10));
// 统计 0~9 各数字的出现次数
for (int i = 0; i < size; i++) {
// 获取 nums[i] 第 k 位,记为 d
int d = digit(nums[i], exp);
// 统计数字 d 的出现次数
counter[d]++;
}
// 求前缀和,将“出现个数”转换为“数组索引”
for (int i = 1; i < 10; i++) {
counter[i] += counter[i - 1];
}
// 倒序遍历,根据桶内统计结果,将各元素填入 res
int *res = (int *)malloc(sizeof(int) * size);
for (int i = size - 1; i >= 0; i--) {
int d = digit(nums[i], exp);
int j = counter[d] - 1; // 获取 d 在数组中的索引 j
res[j] = nums[i]; // 将当前元素填入索引 j
counter[d]--; // 将 d 的数量减 1
}
// 使用结果覆盖原数组 nums
for (int i = 0; i < size; i++) {
nums[i] = res[i];
}
}
/* 基数排序 */
void radixSort(int nums[], int size) {
// 获取数组的最大元素,用于判断最大位数
int max = INT32_MIN;
for (size_t i = 0; i < size - 1; i++) {
if (nums[i] > max) {
max = nums[i];
}
}
// 按照从低位到高位的顺序遍历
for (int exp = 1; max >= exp; exp *= 10)
// 对数组元素的第 k 位执行计数排序
// k = 1 -> exp = 1
// k = 2 -> exp = 10
// 即 exp = 10^(k-1)
countingSortDigit(nums, size, exp);
}
```
=== "Zig"
```zig title="radix_sort.zig"
// 获取元素 num 的第 k 位,其中 exp = 10^(k-1)
fn digit(num: i32, exp: i32) i32 {
// 传入 exp 而非 k 可以避免在此重复执行昂贵的次方计算
return @mod(@divFloor(num, exp), 10);
}
// 计数排序(根据 nums 第 k 位排序)
fn countingSortDigit(nums: []i32, exp: i32) !void {
// 十进制的位范围为 0~9 ,因此需要长度为 10 的桶
var mem_arena = std.heap.ArenaAllocator.init(std.heap.page_allocator);
// defer mem_arena.deinit();
const mem_allocator = mem_arena.allocator();
var counter = try mem_allocator.alloc(usize, 10);
@memset(counter, 0);
var n = nums.len;
// 统计 0~9 各数字的出现次数
for (nums) |num| {
var d: u32 = @bitCast(digit(num, exp)); // 获取 nums[i] 第 k 位,记为 d
counter[d] += 1; // 统计数字 d 的出现次数
}
// 求前缀和,将“出现个数”转换为“数组索引”
var i: usize = 1;
while (i < 10) : (i += 1) {
counter[i] += counter[i - 1];
}
// 倒序遍历,根据桶内统计结果,将各元素填入 res
var res = try mem_allocator.alloc(i32, n);
i = n - 1;
while (i >= 0) : (i -= 1) {
var d: u32 = @bitCast(digit(nums[i], exp));
var j = counter[d] - 1; // 获取 d 在数组中的索引 j
res[j] = nums[i]; // 将当前元素填入索引 j
counter[d] -= 1; // 将 d 的数量减 1
if (i == 0) break;
}
// 使用结果覆盖原数组 nums
i = 0;
while (i < n) : (i += 1) {
nums[i] = res[i];
}
}
// 基数排序
fn radixSort(nums: []i32) !void {
// 获取数组的最大元素,用于判断最大位数
var m: i32 = std.math.minInt(i32);
for (nums) |num| {
if (num > m) m = num;
}
// 按照从低位到高位的顺序遍历
var exp: i32 = 1;
while (exp <= m) : (exp *= 10) {
// 对数组元素的第 k 位执行计数排序
// k = 1 -> exp = 1
// k = 2 -> exp = 10
// 即 exp = 10^(k-1)
try countingSortDigit(nums, exp);
}
}
```
!!! question "为什么从最低位开始排序?"
在连续的排序轮次中,后一轮排序会覆盖前一轮排序的结果。举例来说,如果第一轮排序结果 $a < b$ ,而第二轮排序结果 $a > b$ ,那么第二轮的结果将取代第一轮的结果。由于数字的高位优先级高于低位,我们应该先排序低位再排序高位。

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@@ -51,26 +51,21 @@ comments: true
在代码中,我们用 $k$ 来记录未排序区间内的最小元素。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="selection_sort.java"
/* 选择排序 */
void selectionSort(int[] nums) {
int n = nums.length;
// 外循环:未排序区间为 [i, n-1]
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
// 内循环:找到未排序区间内的最小元素
int k = i;
for (int j = i + 1; j < n; j++) {
if (nums[j] < nums[k])
k = j; // 记录最小元素的索引
}
// 将该最小元素与未排序区间的首个元素交换
int temp = nums[i];
nums[i] = nums[k];
nums[k] = temp;
}
}
```python title="selection_sort.py"
def selection_sort(nums: list[int]):
"""选择排序"""
n = len(nums)
# 外循环:未排序区间为 [i, n-1]
for i in range(n - 1):
# 内循环:找到未排序区间内的最小元素
k = i
for j in range(i + 1, n):
if nums[j] < nums[k]:
k = j # 记录最小元素的索引
# 将该最小元素与未排序区间的首个元素交换
nums[i], nums[k] = nums[k], nums[i]
```
=== "C++"
@@ -93,21 +88,46 @@ comments: true
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="selection_sort.py"
def selection_sort(nums: list[int]):
"""选择排序"""
n = len(nums)
# 外循环:未排序区间为 [i, n-1]
for i in range(n - 1):
# 内循环:找到未排序区间内的最小元素
k = i
for j in range(i + 1, n):
if nums[j] < nums[k]:
k = j # 记录最小元素的索引
# 将该最小元素与未排序区间的首个元素交换
nums[i], nums[k] = nums[k], nums[i]
```java title="selection_sort.java"
/* 选择排序 */
void selectionSort(int[] nums) {
int n = nums.length;
// 外循环:未排序区间为 [i, n-1]
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
// 内循环:找到未排序区间内的最小元素
int k = i;
for (int j = i + 1; j < n; j++) {
if (nums[j] < nums[k])
k = j; // 记录最小元素的索引
}
// 将该最小元素与未排序区间的首个元素交换
int temp = nums[i];
nums[i] = nums[k];
nums[k] = temp;
}
}
```
=== "C#"
```csharp title="selection_sort.cs"
/* 选择排序 */
void selectionSort(int[] nums) {
int n = nums.Length;
// 外循环:未排序区间为 [i, n-1]
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
// 内循环:找到未排序区间内的最小元素
int k = i;
for (int j = i + 1; j < n; j++) {
if (nums[j] < nums[k])
k = j; // 记录最小元素的索引
}
// 将该最小元素与未排序区间的首个元素交换
(nums[k], nums[i]) = (nums[i], nums[k]);
}
}
```
=== "Go"
@@ -133,6 +153,26 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="selection_sort.swift"
/* 选择排序 */
func selectionSort(nums: inout [Int]) {
// 外循环:未排序区间为 [i, n-1]
for i in nums.indices.dropLast() {
// 内循环:找到未排序区间内的最小元素
var k = i
for j in nums.indices.dropFirst(i + 1) {
if nums[j] < nums[k] {
k = j // 记录最小元素的索引
}
}
// 将该最小元素与未排序区间的首个元素交换
nums.swapAt(i, k)
}
}
```
=== "JS"
```javascript title="selection_sort.js"
@@ -175,73 +215,6 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="selection_sort.c"
/* 选择排序 */
void selectionSort(int nums[], int n) {
// 外循环:未排序区间为 [i, n-1]
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
// 内循环:找到未排序区间内的最小元素
int k = i;
for (int j = i + 1; j < n; j++) {
if (nums[j] < nums[k])
k = j; // 记录最小元素的索引
}
// 将该最小元素与未排序区间的首个元素交换
int temp = nums[i];
nums[i] = nums[k];
nums[k] = temp;
}
}
```
=== "C#"
```csharp title="selection_sort.cs"
/* 选择排序 */
void selectionSort(int[] nums) {
int n = nums.Length;
// 外循环:未排序区间为 [i, n-1]
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
// 内循环:找到未排序区间内的最小元素
int k = i;
for (int j = i + 1; j < n; j++) {
if (nums[j] < nums[k])
k = j; // 记录最小元素的索引
}
// 将该最小元素与未排序区间的首个元素交换
(nums[k], nums[i]) = (nums[i], nums[k]);
}
}
```
=== "Swift"
```swift title="selection_sort.swift"
/* 选择排序 */
func selectionSort(nums: inout [Int]) {
// 外循环:未排序区间为 [i, n-1]
for i in nums.indices.dropLast() {
// 内循环:找到未排序区间内的最小元素
var k = i
for j in nums.indices.dropFirst(i + 1) {
if nums[j] < nums[k] {
k = j // 记录最小元素的索引
}
}
// 将该最小元素与未排序区间的首个元素交换
nums.swapAt(i, k)
}
}
```
=== "Zig"
```zig title="selection_sort.zig"
[class]{}-[func]{selectionSort}
```
=== "Dart"
```dart title="selection_sort.dart"
@@ -284,6 +257,33 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="selection_sort.c"
/* 选择排序 */
void selectionSort(int nums[], int n) {
// 外循环:未排序区间为 [i, n-1]
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
// 内循环:找到未排序区间内的最小元素
int k = i;
for (int j = i + 1; j < n; j++) {
if (nums[j] < nums[k])
k = j; // 记录最小元素的索引
}
// 将该最小元素与未排序区间的首个元素交换
int temp = nums[i];
nums[i] = nums[k];
nums[k] = temp;
}
}
```
=== "Zig"
```zig title="selection_sort.zig"
[class]{}-[func]{selectionSort}
```
## 11.2.1 &nbsp; 算法特性
- **时间复杂度为 $O(n^2)$、非自适应排序**:外循环共 $n - 1$ 轮,第一轮的未排序区间长度为 $n$ ,最后一轮的未排序区间长度为 $2$ ,即各轮外循环分别包含 $n$、$n - 1$、$\dots$、$3$、$2$ 轮内循环,求和为 $\frac{(n - 1)(n + 2)}{2}$ 。

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@@ -6,16 +6,15 @@ comments: true
「二叉树 binary tree」是一种非线性数据结构代表着祖先与后代之间的派生关系体现着“一分为二”的分治逻辑。与链表类似二叉树的基本单元是节点每个节点包含值、左子节点引用、右子节点引用。
=== "Java"
=== "Python"
```java title=""
/* 二叉树节点类 */
class TreeNode {
int val; // 节点值
TreeNode left; // 左子节点引用
TreeNode right; // 右子节点引用
TreeNode(int x) { val = x; }
}
```python title=""
class TreeNode:
"""二叉树节点类"""
def __init__(self, val: int):
self.val: int = val # 节点值
self.left: Optional[TreeNode] = None # 左子节点引用
self.right: Optional[TreeNode] = None # 右子节点引用
```
=== "C++"
@@ -30,15 +29,28 @@ comments: true
};
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title=""
class TreeNode:
"""二叉树节点类"""
def __init__(self, val: int):
self.val: int = val # 节点值
self.left: Optional[TreeNode] = None # 左子节点引用
self.right: Optional[TreeNode] = None # 右子节点引用
```java title=""
/* 二叉树节点类 */
class TreeNode {
int val; // 节点值
TreeNode left; // 左子节点引用
TreeNode right; // 右子节点引用
TreeNode(int x) { val = x; }
}
```
=== "C#"
```csharp title=""
/* 二叉树节点类 */
class TreeNode {
int val; // 节点值
TreeNode? left; // 左子节点引用
TreeNode? right; // 右子节点引用
TreeNode(int x) { val = x; }
}
```
=== "Go"
@@ -60,6 +72,21 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title=""
/* 二叉树节点类 */
class TreeNode {
var val: Int // 节点值
var left: TreeNode? // 左子节点引用
var right: TreeNode? // 右子节点引用
init(x: Int) {
val = x
}
}
```
=== "JS"
```javascript title=""
@@ -88,6 +115,24 @@ comments: true
}
```
=== "Dart"
```dart title=""
/* 二叉树节点类 */
class TreeNode {
int val; // 节点值
TreeNode? left; // 左子节点引用
TreeNode? right; // 右子节点引用
TreeNode(this.val, [this.left, this.right]);
}
```
=== "Rust"
```rust title=""
```
=== "C"
```c title=""
@@ -114,57 +159,12 @@ comments: true
}
```
=== "C#"
```csharp title=""
/* 二叉树节点类 */
class TreeNode {
int val; // 节点值
TreeNode? left; // 左子节点引用
TreeNode? right; // 右子节点引用
TreeNode(int x) { val = x; }
}
```
=== "Swift"
```swift title=""
/* 二叉树节点类 */
class TreeNode {
var val: Int // 节点值
var left: TreeNode? // 左子节点引用
var right: TreeNode? // 右子节点引用
init(x: Int) {
val = x
}
}
```
=== "Zig"
```zig title=""
```
=== "Dart"
```dart title=""
/* 二叉树节点类 */
class TreeNode {
int val; // 节点值
TreeNode? left; // 左子节点引用
TreeNode? right; // 右子节点引用
TreeNode(this.val, [this.left, this.right]);
}
```
=== "Rust"
```rust title=""
```
每个节点都有两个引用(指针),分别指向「左子节点 left-child node」和「右子节点 right-child node」该节点被称为这两个子节点的「父节点 parent node」。当给定一个二叉树的节点时我们将该节点的左子节点及其以下节点形成的树称为该节点的「左子树 left subtree」同理可得「右子树 right subtree」。
**在二叉树中,除叶节点外,其他所有节点都包含子节点和非空子树**。如图 7-1 所示,如果将“节点 2”视为父节点则其左子节点和右子节点分别是“节点 4”和“节点 5”左子树是“节点 4 及其以下节点形成的树”,右子树是“节点 5 及其以下节点形成的树”。
@@ -200,20 +200,21 @@ comments: true
与链表类似,首先初始化节点,然后构建引用(指针)。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="binary_tree.java"
// 初始化节点
TreeNode n1 = new TreeNode(1);
TreeNode n2 = new TreeNode(2);
TreeNode n3 = new TreeNode(3);
TreeNode n4 = new TreeNode(4);
TreeNode n5 = new TreeNode(5);
// 构建引用指向(即指针)
n1.left = n2;
n1.right = n3;
n2.left = n4;
n2.right = n5;
```python title="binary_tree.py"
# 初始化二叉树
# 初始化节点
n1 = TreeNode(val=1)
n2 = TreeNode(val=2)
n3 = TreeNode(val=3)
n4 = TreeNode(val=4)
n5 = TreeNode(val=5)
# 构建引用指向(即指针)
n1.left = n2
n1.right = n3
n2.left = n4
n2.right = n5
```
=== "C++"
@@ -233,21 +234,37 @@ comments: true
n2->right = n5;
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="binary_tree.py"
# 初始化二叉树
# 初始化节点
n1 = TreeNode(val=1)
n2 = TreeNode(val=2)
n3 = TreeNode(val=3)
n4 = TreeNode(val=4)
n5 = TreeNode(val=5)
# 构建引用指向(即指针)
n1.left = n2
n1.right = n3
n2.left = n4
n2.right = n5
```java title="binary_tree.java"
// 初始化节点
TreeNode n1 = new TreeNode(1);
TreeNode n2 = new TreeNode(2);
TreeNode n3 = new TreeNode(3);
TreeNode n4 = new TreeNode(4);
TreeNode n5 = new TreeNode(5);
// 构建引用指向(即指针)
n1.left = n2;
n1.right = n3;
n2.left = n4;
n2.right = n5;
```
=== "C#"
```csharp title="binary_tree.cs"
/* 初始化二叉树 */
// 初始化节点
TreeNode n1 = new TreeNode(1);
TreeNode n2 = new TreeNode(2);
TreeNode n3 = new TreeNode(3);
TreeNode n4 = new TreeNode(4);
TreeNode n5 = new TreeNode(5);
// 构建引用指向(即指针)
n1.left = n2;
n1.right = n3;
n2.left = n4;
n2.right = n5;
```
=== "Go"
@@ -267,6 +284,22 @@ comments: true
n2.Right = n5
```
=== "Swift"
```swift title="binary_tree.swift"
// 初始化节点
let n1 = TreeNode(x: 1)
let n2 = TreeNode(x: 2)
let n3 = TreeNode(x: 3)
let n4 = TreeNode(x: 4)
let n5 = TreeNode(x: 5)
// 构建引用指向(即指针)
n1.left = n2
n1.right = n3
n2.left = n4
n2.right = n5
```
=== "JS"
```javascript title="binary_tree.js"
@@ -301,62 +334,6 @@ comments: true
n2.right = n5;
```
=== "C"
```c title="binary_tree.c"
/* 初始化二叉树 */
// 初始化节点
TreeNode *n1 = newTreeNode(1);
TreeNode *n2 = newTreeNode(2);
TreeNode *n3 = newTreeNode(3);
TreeNode *n4 = newTreeNode(4);
TreeNode *n5 = newTreeNode(5);
// 构建引用指向(即指针)
n1->left = n2;
n1->right = n3;
n2->left = n4;
n2->right = n5;
```
=== "C#"
```csharp title="binary_tree.cs"
/* 初始化二叉树 */
// 初始化节点
TreeNode n1 = new TreeNode(1);
TreeNode n2 = new TreeNode(2);
TreeNode n3 = new TreeNode(3);
TreeNode n4 = new TreeNode(4);
TreeNode n5 = new TreeNode(5);
// 构建引用指向(即指针)
n1.left = n2;
n1.right = n3;
n2.left = n4;
n2.right = n5;
```
=== "Swift"
```swift title="binary_tree.swift"
// 初始化节点
let n1 = TreeNode(x: 1)
let n2 = TreeNode(x: 2)
let n3 = TreeNode(x: 3)
let n4 = TreeNode(x: 4)
let n5 = TreeNode(x: 5)
// 构建引用指向(即指针)
n1.left = n2
n1.right = n3
n2.left = n4
n2.right = n5
```
=== "Zig"
```zig title="binary_tree.zig"
```
=== "Dart"
```dart title="binary_tree.dart"
@@ -380,6 +357,29 @@ comments: true
```
=== "C"
```c title="binary_tree.c"
/* 初始化二叉树 */
// 初始化节点
TreeNode *n1 = newTreeNode(1);
TreeNode *n2 = newTreeNode(2);
TreeNode *n3 = newTreeNode(3);
TreeNode *n4 = newTreeNode(4);
TreeNode *n5 = newTreeNode(5);
// 构建引用指向(即指针)
n1->left = n2;
n1->right = n3;
n2->left = n4;
n2->right = n5;
```
=== "Zig"
```zig title="binary_tree.zig"
```
### 2. &nbsp; 插入与删除节点
与链表类似,在二叉树中插入与删除节点可以通过修改指针来实现。图 7-3 给出了一个示例。
@@ -388,15 +388,16 @@ comments: true
<p align="center"> 图 7-3 &nbsp; 在二叉树中插入与删除节点 </p>
=== "Java"
=== "Python"
```java title="binary_tree.java"
TreeNode P = new TreeNode(0);
// 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
n1.left = P;
P.left = n2;
// 删除节点 P
n1.left = n2;
```python title="binary_tree.py"
# 插入与删除节点
p = TreeNode(0)
# 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
n1.left = p
p.left = n2
# 删除节点 P
n1.left = n2
```
=== "C++"
@@ -411,16 +412,27 @@ comments: true
n1->left = n2;
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="binary_tree.py"
# 插入与删除节点
p = TreeNode(0)
# 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
n1.left = p
p.left = n2
# 删除节点 P
n1.left = n2
```java title="binary_tree.java"
TreeNode P = new TreeNode(0);
// 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
n1.left = P;
P.left = n2;
// 删除节点 P
n1.left = n2;
```
=== "C#"
```csharp title="binary_tree.cs"
/* 插入与删除节点 */
TreeNode P = new TreeNode(0);
// 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
n1.left = P;
P.left = n2;
// 删除节点 P
n1.left = n2;
```
=== "Go"
@@ -435,6 +447,17 @@ comments: true
n1.Left = n2
```
=== "Swift"
```swift title="binary_tree.swift"
let P = TreeNode(x: 0)
// 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
n1.left = P
P.left = n2
// 删除节点 P
n1.left = n2
```
=== "JS"
```javascript title="binary_tree.js"
@@ -459,47 +482,6 @@ comments: true
n1.left = n2;
```
=== "C"
```c title="binary_tree.c"
/* 插入与删除节点 */
TreeNode *P = newTreeNode(0);
// 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
n1->left = P;
P->left = n2;
// 删除节点 P
n1->left = n2;
```
=== "C#"
```csharp title="binary_tree.cs"
/* 插入与删除节点 */
TreeNode P = new TreeNode(0);
// 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
n1.left = P;
P.left = n2;
// 删除节点 P
n1.left = n2;
```
=== "Swift"
```swift title="binary_tree.swift"
let P = TreeNode(x: 0)
// 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
n1.left = P
P.left = n2
// 删除节点 P
n1.left = n2
```
=== "Zig"
```zig title="binary_tree.zig"
```
=== "Dart"
```dart title="binary_tree.dart"
@@ -518,6 +500,24 @@ comments: true
```
=== "C"
```c title="binary_tree.c"
/* 插入与删除节点 */
TreeNode *P = newTreeNode(0);
// 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
n1->left = P;
P->left = n2;
// 删除节点 P
n1->left = n2;
```
=== "Zig"
```zig title="binary_tree.zig"
```
!!! note
需要注意的是,插入节点可能会改变二叉树的原有逻辑结构,而删除节点通常意味着删除该节点及其所有子树。因此,在二叉树中,插入与删除操作通常是由一套操作配合完成的,以实现有实际意义的操作。

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@@ -22,26 +22,24 @@ comments: true
广度优先遍历通常借助“队列”来实现。队列遵循“先进先出”的规则,而广度优先遍历则遵循“逐层推进”的规则,两者背后的思想是一致的。
=== "Java"
=== "Python"
```java title="binary_tree_bfs.java"
/* 层序遍历 */
List<Integer> levelOrder(TreeNode root) {
// 初始化队列,加入根节点
Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
queue.add(root);
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
List<Integer> list = new ArrayList<>();
while (!queue.isEmpty()) {
TreeNode node = queue.poll(); // 队列出队
list.add(node.val); // 保存节点值
if (node.left != null)
queue.offer(node.left); // 左子节点入队
if (node.right != null)
queue.offer(node.right); // 右子节点入队
}
return list;
}
```python title="binary_tree_bfs.py"
def level_order(root: TreeNode | None) -> list[int]:
"""层序遍历"""
# 初始化队列,加入根节点
queue: deque[TreeNode] = deque()
queue.append(root)
# 初始化一个列表,用于保存遍历序列
res = []
while queue:
node: TreeNode = queue.popleft() # 队列出队
res.append(node.val) # 保存节点值
if node.left is not None:
queue.append(node.left) # 左子节点入队
if node.right is not None:
queue.append(node.right) # 右子节点入队
return res
```
=== "C++"
@@ -67,24 +65,48 @@ comments: true
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="binary_tree_bfs.py"
def level_order(root: TreeNode | None) -> list[int]:
"""层序遍历"""
# 初始化队列,加入根节点
queue: deque[TreeNode] = deque()
queue.append(root)
# 初始化一个列表,用于保存遍历序列
res = []
while queue:
node: TreeNode = queue.popleft() # 队列出队
res.append(node.val) # 保存节点值
if node.left is not None:
queue.append(node.left) # 左子节点入队
if node.right is not None:
queue.append(node.right) # 右子节点入队
return res
```java title="binary_tree_bfs.java"
/* 层序遍历 */
List<Integer> levelOrder(TreeNode root) {
// 初始化队列,加入根节点
Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
queue.add(root);
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
List<Integer> list = new ArrayList<>();
while (!queue.isEmpty()) {
TreeNode node = queue.poll(); // 队列出队
list.add(node.val); // 保存节点值
if (node.left != null)
queue.offer(node.left); // 左子节点入队
if (node.right != null)
queue.offer(node.right); // 右子节点入队
}
return list;
}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_tree_bfs.cs"
/* 层序遍历 */
List<int> levelOrder(TreeNode root) {
// 初始化队列,加入根节点
Queue<TreeNode> queue = new();
queue.Enqueue(root);
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
List<int> list = new();
while (queue.Count != 0) {
TreeNode node = queue.Dequeue(); // 队列出队
list.Add(node.val); // 保存节点值
if (node.left != null)
queue.Enqueue(node.left); // 左子节点入队
if (node.right != null)
queue.Enqueue(node.right); // 右子节点入队
}
return list;
}
```
=== "Go"
@@ -115,6 +137,29 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_tree_bfs.swift"
/* 层序遍历 */
func levelOrder(root: TreeNode) -> [Int] {
// 初始化队列,加入根节点
var queue: [TreeNode] = [root]
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
var list: [Int] = []
while !queue.isEmpty {
let node = queue.removeFirst() // 队列出队
list.append(node.val) // 保存节点值
if let left = node.left {
queue.append(left) // 左子节点入队
}
if let right = node.right {
queue.append(right) // 右子节点入队
}
}
return list
}
```
=== "JS"
```javascript title="binary_tree_bfs.js"
@@ -157,129 +202,6 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="binary_tree_bfs.c"
/* 层序遍历 */
int *levelOrder(TreeNode *root, int *size) {
/* 辅助队列 */
int front, rear;
int index, *arr;
TreeNode *node;
TreeNode **queue;
/* 辅助队列 */
queue = (TreeNode **)malloc(sizeof(TreeNode *) * MAX_NODE_SIZE);
// 队列指针
front = 0, rear = 0;
// 加入根节点
queue[rear++] = root;
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
/* 辅助数组 */
arr = (int *)malloc(sizeof(int) * MAX_NODE_SIZE);
// 数组指针
index = 0;
while (front < rear) {
// 队列出队
node = queue[front++];
// 保存节点值
arr[index++] = node->val;
if (node->left != NULL) {
// 左子节点入队
queue[rear++] = node->left;
}
if (node->right != NULL) {
// 右子节点入队
queue[rear++] = node->right;
}
}
// 更新数组长度的值
*size = index;
arr = realloc(arr, sizeof(int) * (*size));
// 释放辅助数组空间
free(queue);
return arr;
}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_tree_bfs.cs"
/* 层序遍历 */
List<int> levelOrder(TreeNode root) {
// 初始化队列,加入根节点
Queue<TreeNode> queue = new();
queue.Enqueue(root);
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
List<int> list = new();
while (queue.Count != 0) {
TreeNode node = queue.Dequeue(); // 队列出队
list.Add(node.val); // 保存节点值
if (node.left != null)
queue.Enqueue(node.left); // 左子节点入队
if (node.right != null)
queue.Enqueue(node.right); // 右子节点入队
}
return list;
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_tree_bfs.swift"
/* 层序遍历 */
func levelOrder(root: TreeNode) -> [Int] {
// 初始化队列,加入根节点
var queue: [TreeNode] = [root]
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
var list: [Int] = []
while !queue.isEmpty {
let node = queue.removeFirst() // 队列出队
list.append(node.val) // 保存节点值
if let left = node.left {
queue.append(left) // 左子节点入队
}
if let right = node.right {
queue.append(right) // 右子节点入队
}
}
return list
}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_tree_bfs.zig"
// 层序遍历
fn levelOrder(comptime T: type, mem_allocator: std.mem.Allocator, root: *inc.TreeNode(T)) !std.ArrayList(T) {
// 初始化队列,加入根节点
const L = std.TailQueue(*inc.TreeNode(T));
var queue = L{};
var root_node = try mem_allocator.create(L.Node);
root_node.data = root;
queue.append(root_node);
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
var list = std.ArrayList(T).init(std.heap.page_allocator);
while (queue.len > 0) {
var queue_node = queue.popFirst().?; // 队列出队
var node = queue_node.data;
try list.append(node.val); // 保存节点值
if (node.left != null) {
var tmp_node = try mem_allocator.create(L.Node);
tmp_node.data = node.left.?;
queue.append(tmp_node); // 左子节点入队
}
if (node.right != null) {
var tmp_node = try mem_allocator.create(L.Node);
tmp_node.data = node.right.?;
queue.append(tmp_node); // 右子节点入队
}
}
return list;
}
```
=== "Dart"
```dart title="binary_tree_bfs.dart"
@@ -324,6 +246,84 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="binary_tree_bfs.c"
/* 层序遍历 */
int *levelOrder(TreeNode *root, int *size) {
/* 辅助队列 */
int front, rear;
int index, *arr;
TreeNode *node;
TreeNode **queue;
/* 辅助队列 */
queue = (TreeNode **)malloc(sizeof(TreeNode *) * MAX_NODE_SIZE);
// 队列指针
front = 0, rear = 0;
// 加入根节点
queue[rear++] = root;
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
/* 辅助数组 */
arr = (int *)malloc(sizeof(int) * MAX_NODE_SIZE);
// 数组指针
index = 0;
while (front < rear) {
// 队列出队
node = queue[front++];
// 保存节点值
arr[index++] = node->val;
if (node->left != NULL) {
// 左子节点入队
queue[rear++] = node->left;
}
if (node->right != NULL) {
// 右子节点入队
queue[rear++] = node->right;
}
}
// 更新数组长度的值
*size = index;
arr = realloc(arr, sizeof(int) * (*size));
// 释放辅助数组空间
free(queue);
return arr;
}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_tree_bfs.zig"
// 层序遍历
fn levelOrder(comptime T: type, mem_allocator: std.mem.Allocator, root: *inc.TreeNode(T)) !std.ArrayList(T) {
// 初始化队列,加入根节点
const L = std.TailQueue(*inc.TreeNode(T));
var queue = L{};
var root_node = try mem_allocator.create(L.Node);
root_node.data = root;
queue.append(root_node);
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
var list = std.ArrayList(T).init(std.heap.page_allocator);
while (queue.len > 0) {
var queue_node = queue.popFirst().?; // 队列出队
var node = queue_node.data;
try list.append(node.val); // 保存节点值
if (node.left != null) {
var tmp_node = try mem_allocator.create(L.Node);
tmp_node.data = node.left.?;
queue.append(tmp_node); // 左子节点入队
}
if (node.right != null) {
var tmp_node = try mem_allocator.create(L.Node);
tmp_node.data = node.right.?;
queue.append(tmp_node); // 右子节点入队
}
}
return list;
}
```
### 2. &nbsp; 复杂度分析
- **时间复杂度 $O(n)$** :所有节点被访问一次,使用 $O(n)$ 时间,其中 $n$ 为节点数量。
@@ -343,38 +343,35 @@ comments: true
深度优先搜索通常基于递归实现:
=== "Java"
=== "Python"
```java title="binary_tree_dfs.java"
/* 前序遍历 */
void preOrder(TreeNode root) {
if (root == null)
return;
// 访问优先级:根节点 -> 左子树 -> 右子树
list.add(root.val);
preOrder(root.left);
preOrder(root.right);
}
```python title="binary_tree_dfs.py"
def pre_order(root: TreeNode | None):
"""前序遍历"""
if root is None:
return
# 访问优先级:根节点 -> 左子树 -> 右子树
res.append(root.val)
pre_order(root=root.left)
pre_order(root=root.right)
/* 中序遍历 */
void inOrder(TreeNode root) {
if (root == null)
return;
// 访问优先级:左子树 -> 根节点 -> 右子树
inOrder(root.left);
list.add(root.val);
inOrder(root.right);
}
def in_order(root: TreeNode | None):
"""中序遍历"""
if root is None:
return
# 访问优先级:左子树 -> 根节点 -> 右子树
in_order(root=root.left)
res.append(root.val)
in_order(root=root.right)
/* 后序遍历 */
void postOrder(TreeNode root) {
if (root == null)
return;
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根节点
postOrder(root.left);
postOrder(root.right);
list.add(root.val);
}
def post_order(root: TreeNode | None):
"""后序遍历"""
if root is None:
return
# 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根节点
post_order(root=root.left)
post_order(root=root.right)
res.append(root.val)
```
=== "C++"
@@ -411,35 +408,69 @@ comments: true
}
```
=== "Python"
=== "Java"
```python title="binary_tree_dfs.py"
def pre_order(root: TreeNode | None):
"""前序遍历"""
if root is None:
return
# 访问优先级:根节点 -> 左子树 -> 右子树
res.append(root.val)
pre_order(root=root.left)
pre_order(root=root.right)
```java title="binary_tree_dfs.java"
/* 前序遍历 */
void preOrder(TreeNode root) {
if (root == null)
return;
// 访问优先级:根节点 -> 左子树 -> 右子树
list.add(root.val);
preOrder(root.left);
preOrder(root.right);
}
def in_order(root: TreeNode | None):
"""中序遍历"""
if root is None:
return
# 访问优先级:左子树 -> 根节点 -> 右子树
in_order(root=root.left)
res.append(root.val)
in_order(root=root.right)
/* 中序遍历 */
void inOrder(TreeNode root) {
if (root == null)
return;
// 访问优先级:左子树 -> 根节点 -> 右子树
inOrder(root.left);
list.add(root.val);
inOrder(root.right);
}
def post_order(root: TreeNode | None):
"""后序遍历"""
if root is None:
return
# 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根节点
post_order(root=root.left)
post_order(root=root.right)
res.append(root.val)
/* 后序遍历 */
void postOrder(TreeNode root) {
if (root == null)
return;
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根节点
postOrder(root.left);
postOrder(root.right);
list.add(root.val);
}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_tree_dfs.cs"
/* 前序遍历 */
void preOrder(TreeNode? root) {
if (root == null) return;
// 访问优先级:根节点 -> 左子树 -> 右子树
list.Add(root.val);
preOrder(root.left);
preOrder(root.right);
}
/* 中序遍历 */
void inOrder(TreeNode? root) {
if (root == null) return;
// 访问优先级:左子树 -> 根节点 -> 右子树
inOrder(root.left);
list.Add(root.val);
inOrder(root.right);
}
/* 后序遍历 */
void postOrder(TreeNode? root) {
if (root == null) return;
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根节点
postOrder(root.left);
postOrder(root.right);
list.Add(root.val);
}
```
=== "Go"
@@ -479,6 +510,43 @@ comments: true
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_tree_dfs.swift"
/* 前序遍历 */
func preOrder(root: TreeNode?) {
guard let root = root else {
return
}
// 访问优先级:根节点 -> 左子树 -> 右子树
list.append(root.val)
preOrder(root: root.left)
preOrder(root: root.right)
}
/* 中序遍历 */
func inOrder(root: TreeNode?) {
guard let root = root else {
return
}
// 访问优先级:左子树 -> 根节点 -> 右子树
inOrder(root: root.left)
list.append(root.val)
inOrder(root: root.right)
}
/* 后序遍历 */
func postOrder(root: TreeNode?) {
guard let root = root else {
return
}
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根节点
postOrder(root: root.left)
postOrder(root: root.right)
list.append(root.val)
}
```
=== "JS"
```javascript title="binary_tree_dfs.js"
@@ -547,139 +615,6 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="binary_tree_dfs.c"
/* 前序遍历 */
void preOrder(TreeNode *root, int *size) {
if (root == NULL)
return;
// 访问优先级:根节点 -> 左子树 -> 右子树
arr[(*size)++] = root->val;
preOrder(root->left, size);
preOrder(root->right, size);
}
/* 中序遍历 */
void inOrder(TreeNode *root, int *size) {
if (root == NULL)
return;
// 访问优先级:左子树 -> 根节点 -> 右子树
inOrder(root->left, size);
arr[(*size)++] = root->val;
inOrder(root->right, size);
}
/* 后序遍历 */
void postOrder(TreeNode *root, int *size) {
if (root == NULL)
return;
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根节点
postOrder(root->left, size);
postOrder(root->right, size);
arr[(*size)++] = root->val;
}
```
=== "C#"
```csharp title="binary_tree_dfs.cs"
/* 前序遍历 */
void preOrder(TreeNode? root) {
if (root == null) return;
// 访问优先级:根节点 -> 左子树 -> 右子树
list.Add(root.val);
preOrder(root.left);
preOrder(root.right);
}
/* 中序遍历 */
void inOrder(TreeNode? root) {
if (root == null) return;
// 访问优先级:左子树 -> 根节点 -> 右子树
inOrder(root.left);
list.Add(root.val);
inOrder(root.right);
}
/* 后序遍历 */
void postOrder(TreeNode? root) {
if (root == null) return;
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根节点
postOrder(root.left);
postOrder(root.right);
list.Add(root.val);
}
```
=== "Swift"
```swift title="binary_tree_dfs.swift"
/* 前序遍历 */
func preOrder(root: TreeNode?) {
guard let root = root else {
return
}
// 访问优先级:根节点 -> 左子树 -> 右子树
list.append(root.val)
preOrder(root: root.left)
preOrder(root: root.right)
}
/* 中序遍历 */
func inOrder(root: TreeNode?) {
guard let root = root else {
return
}
// 访问优先级:左子树 -> 根节点 -> 右子树
inOrder(root: root.left)
list.append(root.val)
inOrder(root: root.right)
}
/* 后序遍历 */
func postOrder(root: TreeNode?) {
guard let root = root else {
return
}
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根节点
postOrder(root: root.left)
postOrder(root: root.right)
list.append(root.val)
}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_tree_dfs.zig"
// 前序遍历
fn preOrder(comptime T: type, root: ?*inc.TreeNode(T)) !void {
if (root == null) return;
// 访问优先级:根节点 -> 左子树 -> 右子树
try list.append(root.?.val);
try preOrder(T, root.?.left);
try preOrder(T, root.?.right);
}
// 中序遍历
fn inOrder(comptime T: type, root: ?*inc.TreeNode(T)) !void {
if (root == null) return;
// 访问优先级:左子树 -> 根节点 -> 右子树
try inOrder(T, root.?.left);
try list.append(root.?.val);
try inOrder(T, root.?.right);
}
// 后序遍历
fn postOrder(comptime T: type, root: ?*inc.TreeNode(T)) !void {
if (root == null) return;
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根节点
try postOrder(T, root.?.left);
try postOrder(T, root.?.right);
try list.append(root.?.val);
}
```
=== "Dart"
```dart title="binary_tree_dfs.dart"
@@ -754,6 +689,71 @@ comments: true
}
```
=== "C"
```c title="binary_tree_dfs.c"
/* 前序遍历 */
void preOrder(TreeNode *root, int *size) {
if (root == NULL)
return;
// 访问优先级:根节点 -> 左子树 -> 右子树
arr[(*size)++] = root->val;
preOrder(root->left, size);
preOrder(root->right, size);
}
/* 中序遍历 */
void inOrder(TreeNode *root, int *size) {
if (root == NULL)
return;
// 访问优先级:左子树 -> 根节点 -> 右子树
inOrder(root->left, size);
arr[(*size)++] = root->val;
inOrder(root->right, size);
}
/* 后序遍历 */
void postOrder(TreeNode *root, int *size) {
if (root == NULL)
return;
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根节点
postOrder(root->left, size);
postOrder(root->right, size);
arr[(*size)++] = root->val;
}
```
=== "Zig"
```zig title="binary_tree_dfs.zig"
// 前序遍历
fn preOrder(comptime T: type, root: ?*inc.TreeNode(T)) !void {
if (root == null) return;
// 访问优先级:根节点 -> 左子树 -> 右子树
try list.append(root.?.val);
try preOrder(T, root.?.left);
try preOrder(T, root.?.right);
}
// 中序遍历
fn inOrder(comptime T: type, root: ?*inc.TreeNode(T)) !void {
if (root == null) return;
// 访问优先级:左子树 -> 根节点 -> 右子树
try inOrder(T, root.?.left);
try list.append(root.?.val);
try inOrder(T, root.?.right);
}
// 后序遍历
fn postOrder(comptime T: type, root: ?*inc.TreeNode(T)) !void {
if (root == null) return;
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根节点
try postOrder(T, root.?.left);
try postOrder(T, root.?.right);
try list.append(root.?.val);
}
```
!!! note
深度优先搜索也可以基于迭代实现,有兴趣的同学可以自行研究。