LeetCode精选好题（五）
1、二叉树的层序锯齿形遍历
给定一个二叉树，返回其节点值的锯齿形层次遍历。（即先从左往右，再从右往左进行下一层遍历，以此类推，层与层之间交替进行）。
例如：
给定二叉树 [3,9,20,null,null,15,7],
3
/ \
9 20
/ \
15 7
返回锯齿形层次遍历如下：
[
[3],
[20,9],
[15,7]
]
思路
说白了就是层序遍历加上定层翻转而已。
代码实现
vector<vector<int>> zigzagLevelOrder(TreeNode* root)
{
vector<vector<int> > a;
if(root==NULL) return a;
vector<int> b;
queue<TreeNode*> q;
q.push(root);
int n=0;
while(!q.empty())
{
TreeNode* fz;
int len=q.size();
n++;//控制层数
for(int i=0;i<len;i++)
{
fz=q.front();
b.push_back(fz->val);
if(fz->left!=NULL) q.push(fz->left);
if(fz->right!=NULL) q.push(fz->right);
q.pop();
}
if((n&1)==1)
{
a.push_back(b);
}
else
{
reverse(b.begin(),b.end());
a.push_back(b);
}
b.clear();
}
return a;
}
2、从二叉树的前序遍历与中序遍历构造二叉树
根据一棵树的前序遍历与中序遍历构造二叉树。
注意:
你可以假设树中没有重复的元素。
例如，给出
前序遍历 preorder = [3,9,20,15,7]
中序遍历 inorder = [9,3,15,20,7]
返回如下的二叉树：
3
/ \
9 20
/ \
15 7
思路
对于任意一颗树而言，前序遍历的形式总是
[ 根节点, [左子树的前序遍历结果], [右子树的前序遍历结果] ]
即根节点总是前序遍历中的第一个节点。而中序遍历的形式总是
[ [左子树的中序遍历结果], 根节点, [右子树的中序遍历结果] ]
只要我们在中序遍历中定位到根节点，那么我们就可以分别知道左子树和右子树中的节点数目。由于同一颗子树的前序遍历和中序遍历的长度显然是相同的，因此我们就可以对应到前序遍历的结果中，对上述形式中的所有左右括号进行定位。
这样以来，我们就知道了左子树的前序遍历和中序遍历结果，以及右子树的前序遍历和中序遍历结果，我们就可以递归地对构造出左子树和右子树，再将这两颗子树接到根节点的左右位置。
代码实现
class Solution {
private:
unordered_map<int, int> index;
public:
TreeNode* myBuildTree(const vector<int>& preorder, const vector<int>& inorder, int preorder_left, int preorder_right, int inorder_left, int inorder_right) {
if (preorder_left > preorder_right) {
return nullptr;
}
// 前序遍历中的第一个节点就是根节点
int preorder_root = preorder_left;
// 在中序遍历中定位根节点
int inorder_root = index[preorder[preorder_root]];
// 先把根节点建立出来
TreeNode* root = new TreeNode(preorder[preorder_root]);
// 得到左子树中的节点数目
int size_left_subtree = inorder_root - inorder_left;
// 递归地构造左子树，并连接到根节点
// 先序遍历中「从 左边界+1 开始的 size_left_subtree」个元素就对应了中序遍历中「从 左边界 开始到 根节点定位-1」的元素
root->left = myBuildTree(preorder, inorder, preorder_left + 1, preorder_left + size_left_subtree, inorder_left, inorder_root - 1);
// 递归地构造右子树，并连接到根节点
// 先序遍历中「从 左边界+1+左子树节点数目 开始到 右边界」的元素就对应了中序遍历中「从 根节点定位+1 到 右边界」的元素
root->right = myBuildTree(preorder, inorder, preorder_left + size_left_subtree + 1, preorder_right, inorder_root + 1, inorder_right);
return root;
}
TreeNode* buildTree(vector<int>& preorder, vector<int>& inorder) {
int n = preorder.size();
// 构造哈希映射，帮助我们快速定位根节点
for (int i = 0; i < n; ++i) {
index[inorder[i]] = i;
}
return myBuildTree(preorder, inorder, 0, n - 1, 0, n - 1);
}
};
3、不同路径
一个机器人位于一个 m x n 网格的左上角 （起始点在下图中标记为“Start” ）。
机器人每次只能向下或者向右移动一步。机器人试图达到网格的右下角（在下图中标记为“Finish”）。
问总共有多少条不同的路径？
例如，上图是一个7 x 3 的网格。有多少可能的路径？
示例 1:
输入: m = 3, n = 2
输出: 3
解释:
从左上角开始，总共有 3 条路径可以到达右下角。
- 向右 -> 向右 -> 向下
- 向右 -> 向下 -> 向右
- 向下 -> 向右 -> 向右
示例 2:
输入: m = 7, n = 3
输出: 28
提示：
1 <= m, n <= 100
题目数据保证答案小于等于 2 * 10 ^ 9
友情链接
【奇技淫巧】走地图的不同路径
4、找出二叉树中的第K个最小元素
给定一个二叉搜索树，编写一个函数 kthSmallest 来查找其中第 k 个最小的元素。
说明：
你可以假设 k 总是有效的，1 ≤ k ≤ 二叉搜索树元素个数。
示例 1:
输入: root = [3,1,4,null,2], k = 1
3
/ \
1 4
\
2
输出: 1
示例 2:
输入: root = [5,3,6,2,4,null,null,1], k = 3
5
/ \
3 6
/ \
2 4
/
1
输出: 3
进阶：
如果二叉搜索树经常被修改（插入/删除操作）并且你需要频繁地查找第 k 小的值，你将如何优化 kthSmallest 函数？
思路：
中序遍历二叉树，输出第K个值。
代码实现：
void recursion(TreeNode* root,int& res,int& k)
{
if(!root)
return;
recursion(root->left,res,k);
k--;
if(k == 0)
{
res = root->val;
return;
}
recursion(root->right,res,k);
}
int kthSmallest(TreeNode* root, int k) {
int res;
recursion(root,res,k);
return res;
}
5、搜索旋转数组
假设按照升序排序的数组在预先未知的某个点上进行了旋转。
( 例如，数组 [0,1,2,4,5,6,7] 可能变为 [4,5,6,7,0,1,2] )。
搜索一个给定的目标值，如果数组中存在这个目标值，则返回它的索引，否则返回 -1 。
你可以假设数组中不存在重复的元素。
你的算法时间复杂度必须是 O(log n) 级别。
示例 1:
输入: nums = [4,5,6,7,0,1,2], target = 0
输出: 4
示例 2:
输入: nums = [4,5,6,7,0,1,2], target = 3
输出: -1
思路：
题目要求算法时间复杂度必须是 O(logn) 的级别，这提示我们可以使用二分搜索的方法。
但是数组本身不是有序的，进行旋转后只保证了数组的局部是有序的，这还能进行二分搜索吗？答案是可以的。
可以发现的是，我们将数组从中间分开成左右两部分的时候，一定有一部分的数组是有序的。拿示例来看，我们从 6 这个位置分开以后数组变成了 [4, 5, 6] 和 [7, 0, 1, 2] 两个部分，其中左边 [4, 5, 6] 这个部分的数组是有序的，其他也是如此。
这启示我们可以在常规二分搜索的时候查看当前 mid 为分割位置分割出来的两个部分 [l, mid] 和 [mid + 1, r] 哪个部分是有序的，并根据有序的那个部分确定我们该如何改变二分搜索的上下界，因为我们能够根据有序的那部分判断出 target 在不在这个部分：
如果 [l, mid - 1] 是有序数组，且 target 的大小满足 [nums[l],nums[mid])，则我们应该将搜索范围缩小至 [l, mid - 1]，否则在 [mid + 1, r] 中寻找。
如果 [mid, r] 是有序数组，且 target 的大小满足 (nums[mid+1],nums[r]]，则我们应该将搜索范围缩小至 [mid + 1, r]，否则在 [l, mid - 1] 中寻找。
代码实现：
class Solution {
public:
int search(vector<int>& nums, int target) {
int n = (int)nums.size();
if (!n) return -1;
if (n == 1) return nums[0] == target ? 0 : -1;
int l = 0, r = n - 1;
while (l <= r) {
int mid = (l + r) / 2;
if (nums[mid] == target) return mid;
if (nums[0] <= nums[mid]) {
if (nums[0] <= target && target < nums[mid]) {
r = mid - 1;
} else {
l = mid + 1;
}
} else {
if (nums[mid] < target && target <= nums[n - 1]) {
l = mid + 1;
} else {
r = mid - 1;
}
}
}
return -1;
}
};
6、删除链表的倒数第N个节点
解法：fast先移动n
代码实现
ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) {
if(!head) return NULL;
ListNode* new_head = new ListNode(0);
new_head->next = head;
ListNode* slow = new_head, *fast = new_head;
for(int i = 0;i<n;++i){ //fast先移动n
fast = fast->next;
}
if(!fast) return new_head->next;
while(fast->next){ //一起移动
fast = fast->next;
slow = slow->next;
}
slow->next = slow->next->next;
return new_head->next;
}
7、环形链表寻找入环点
在快慢指针相遇时，在头结点再放一个慢指针，然后让环中那个慢指针继续走，再相遇，就是入环点。
证明：
在第一次相遇时，有等式：
2（D+S1） = D+nS2+(n+1)S1
->D+S1 = n(S1+S2)
->D = (n-1)(S1+S2)+S2
也就是说，在快慢指针相遇时，在头结点再放一个慢指针，然后让环中那个慢指针继续走，再相遇，就是入环点。
8、对称二叉树
原来递归的空间复杂度也是O(n)，我还以为递归没有空间消耗。
给定一个二叉树，检查它是否是镜像对称的。
例如，二叉树 [1,2,2,3,4,4,3] 是对称的。
1
/ \
2 2
/ \ / \
3 4 4 3
但是下面这个 [1,2,2,null,3,null,3] 则不是镜像对称的:
1
/ \
2 2
\ \
3 3
思路：
如果一个树的左子树与右子树镜像对称，那么这个树是对称的。
因此，该问题可以转化为：两个树在什么情况下互为镜像？
如果同时满足下面的条件，两个树互为镜像：
它们的两个根结点具有相同的值
每个树的右子树都与另一个树的左子树镜像对称
我们可以实现这样一个递归函数，通过「同步移动」两个指针的方法来遍历这棵树，p 指针和 q 指针一开始都指向这棵树的根，随后 p 右移时，q 左移，p 左移时，q 右移。每次检查当前 p 和 q 节点的值是否相等，如果相等再判断左右子树是否对称。
代码实现：
class Solution {
public:
bool check(TreeNode *p, TreeNode *q) {
if (!p && !q) return true;
if (!p || !q) return false;
return p->val == q->val && check(p->left, q->right) && check(p->right, q->left);
}
bool isSymmetric(TreeNode* root) {
return check(root, root);
}
};
假设树上一共 n 个节点。
时间复杂度：这里遍历了这棵树，渐进时间复杂度为 O(n)。
空间复杂度：这里的空间复杂度和递归使用的栈空间有关，这里递归层数不超过 n，故渐进空间复杂度为 O(n)。
9、买卖股票的最佳时机
给定一个数组，它的第 i 个元素是一支给定股票第 i 天的价格。
如果你最多只允许完成一笔交易（即买入和卖出一支股票一次），设计一个算法来计算你所能获取的最大利润。
注意：你不能在买入股票前卖出股票。
示例 1:
输入: [7,1,5,3,6,4]
输出: 5
解释: 在第 2 天（股票价格 = 1）的时候买入，在第 5 天（股票价格 = 6）的时候卖出，最大利润 = 6-1 = 5 。
注意利润不能是 7-1 = 6, 因为卖出价格需要大于买入价格；同时，你不能在买入前卖出股票。
示例 2:
输入: [7,6,4,3,1]
输出: 0
解释: 在这种情况下, 没有交易完成, 所以最大利润为 0。
思路：C++ 利用哨兵，维护一个单调栈。
首先我们要明确这个是在一个时间序列上的，因此我们不能简单的用 最大减最小解决问题，这里我们通过典型的一个例子来解决这个问题：[7,1,5,3,6,4]
这里我们维护一个单调增的栈
在 pricespricesprices 数组的末尾加上一个 哨兵(也就是一个很小的元素，这里设为 0))，就相当于作为股市收盘的标记(后面就清楚他的作用了)
假如栈空或者入栈元素大于栈顶元素，直接入栈
假如入栈元素小于栈顶元素则循环弹栈，直到入栈元素大于栈顶元素或者栈空
在每次弹出的时候，我们拿他与买入的值(也就是栈底)做差，维护一个最大值。
（灰色标记为扫描过的）
①：第一步，栈空，扫描的是 7，我们直接入栈。
②：第二步，入栈元素为 1，他比栈顶元素小，为了维护这个单调栈，我们把7弹出，又因为他即是栈底又是栈顶所以不需要更新我们的最大值，又因为弹出之后为空，我们将1直接入栈我们直接入栈。
③：第三步，入栈元素为 5，他比栈顶元素大，我们直接入栈
④：第四步，入栈元素为 3，他比栈顶元素 5大，我们直接弹栈，并拿他减去栈底元素1(这就是最重要的，模拟了买卖，因为 5 遇上了比它小的 3，因此即使后面遇到更大的元素 C，但是存在 C−3>C−5，因此它已经没用了，计算之后弹出它
⑤：第五步，入栈元素为 6，比栈顶元素大，入栈。
⑥：第六步，入栈元素为 4，比栈顶元素 6小，根据我们刚刚的理论，在遇上 4 之后，6 的最高利润已经确定了，因为无论后面遇上怎么样的升值，在 4 的时候购买的利润显然更高 所以我们弹出 6，并与栈底(也就是我们买入的价值)做差，并与我们之前维护的最大值进行比较，然后更新。
⑦：第七步，现在 哨兵的作用就非常清楚啦，假如没有哨兵，我们单调栈中还有残留的元素没有进行判断(比如 pricespricesprices 数组单调增的情况下，不加哨兵会出现 max=0 的情况)，因此 哨兵的作用就是确保单调栈中的每个元素都被进行判定。因此最后的图像应该是这样：
代码实现：
class Solution {
public:
int maxProfit(vector<int>& prices) {
int ans = 0;
vector<int> St;
prices.emplace_back(-1); \\ 哨兵✈️
for (int i = 0; i < prices.size(); ++ i){
while (!St.empty() && St.back() > prices[i]){ \\ 维护单调栈
ans = std::max(ans, St.back() - St.front()); \\ 维护最大值
St.pop_back();
}
St.emplace_back(prices[i]);
}
return ans;
}
};
10、计数质数
统计所有小于非负整数 n 的质数的数量。
示例:
输入: 10
输出: 4
解释: 小于 10 的质数一共有 4 个, 它们是 2, 3, 5, 7 。
思路：
优化：每次剔除的时候，对数组进行去零操作。
代码实现：
int countPrimes(int n) {
boolean[] isPrim = new boolean[n];
// 将数组都初始化为 true
Arrays.fill(isPrim, true);
for (int i = 2; i < n; i++)
if (isPrim[i])
// i 的倍数不可能是素数了
for (int j = 2 * i; j < n; j += i)
isPrim[j] = false;
int count = 0;
for (int i = 2; i < n; i++)
if (isPrim[i]) count++;
return count;
}
11、无重复字符的最长子串（滑动窗口）
给定一个字符串，请你找出其中不含有重复字符的 最长子串 的长度。
示例 1:
输入: “abcabcbb”
输出: 3
解释: 因为无重复字符的最长子串是 “abc”，所以其长度为 3。
示例 2:
输入: “bbbbb”
输出: 1
解释: 因为无重复字符的最长子串是 “b”，所以其长度为 1。
示例 3:
输入: “pwwkew”
输出: 3
解释: 因为无重复字符的最长子串是 “wke”，所以其长度为 3。
请注意，你的答案必须是 子串 的长度，“pwke” 是一个子序列，不是子串。
思路：
这道题主要用到思路是：滑动窗口
什么是滑动窗口？
其实就是一个队列,比如例题中的 abcabcbb，进入这个队列（窗口）为 abc 满足题目要求，当再进入 a，队列变成了 abca，这时候不满足要求。所以，我们要移动这个队列！
如何移动？
我们只要把队列的左边的元素移出就行了，直到满足题目要求！
一直维持这样的队列，找出队列出现最长的长度时候，求出解！
时间复杂度：O(n)
代码实现：
class Solution {
public:
int lengthOfLongestSubstring(string s) {
if(s.size() == 0) return 0;
unordered_set<char> lookup;
int maxStr = 0;
int left = 0;
for(int i = 0; i < s.size(); i++){
while (lookup.find(s[i]) != lookup.end()){
lookup.erase(s[left]);
left ++;
}
maxStr = max(maxStr,i-left+1);
lookup.insert(s[i]);
}
return maxStr;
}
};
12、颜色分类
给定一个包含红色、白色和蓝色，一共 n 个元素的数组，原地对它们进行排序，使得相同颜色的元素相邻，并按照红色、白色、蓝色顺序排列。
此题中，我们使用整数 0、 1 和 2 分别表示红色、白色和蓝色。
注意:
不能使用代码库中的排序函数来解决这道题。
示例:
输入: [2,0,2,1,1,0]
输出: [0,0,1,1,2,2]
进阶：
一个直观的解决方案是使用计数排序的两趟扫描算法。
首先，迭代计算出0、1 和 2 元素的个数，然后按照0、1、2的排序，重写当前数组。
你能想出一个仅使用常数空间的一趟扫描算法吗？
本问题被称为 荷兰国旗问题
，最初由 Edsger W. Dijkstra提出。
其主要思想是给每个数字设定一种颜色，并按照荷兰国旗颜色的顺序进行调整。
我们用三个指针（p0, p2 和curr）来分别追踪0的最右边界，2的最左边界和当前考虑的元素。
本解法的思路是沿着数组移动 curr 指针，若nums[curr] = 0，则将其与 nums[p0]互换；若 nums[curr] = 2 ，则与 nums[p2]互换。
class Solution {
public:
/*
荷兰三色旗问题解
*/
void sortColors(vector& nums) {
// 对于所有 idx < p0 : nums[idx < p0] = 0
// curr 是当前考虑元素的下标
int p0 = 0, curr = 0;
// 对于所有 idx > p2 : nums[idx > p2] = 2
int p2 = nums.size() - 1;
while (curr <= p2) {
if (nums[curr] == 0) {
swap(nums[curr++], nums[p0++]);
}
else if (nums[curr] == 2) {
swap(nums[curr], nums[p2--]);
}
else curr++;
}
}
};