基础算法 - 常见算法模板题（最简洁写法）【上】
目录
快速排序
第k个数
归并排序
逆序对的数量
二分查找
数的范围
浮点数二分
高精度
高精度加法
高精度减法
高精度乘法（高精度x低精度）
高精度除法
前缀和与差分
前缀和
子矩阵的和
差分
差分矩阵
快速排序
思路：
- 确认分界点：x=q[(l+r)/2]
- 调整范围，使得在x左边的数小于x，右边的数大于x
- 递归处理左右两端
#include
using namespace std;
const int N = 1000010;
int q[N];
void quick_sort(int q[],int l,int r)
{
if(l>=r) return ;
int i=l-1,j=r+1,x=q[l+r>>1];
while(ix); //碰到小于x的停止
if(i 第k个数
#include
using namespace std;
int n,a[1000001],k;
void qsort(int a[],int l,int r)
{
if(l>=r) return ;
int i=l-1,j=r+1,x=a[l+r>>1];
while(ix);
if(i>n>>k;
for(int i=0;i>a[i];
qsort(a,0,n-1);
cout< 归并排序
思路：
- 递归均分如图区间
- 对每层区间数值按照从小到大顺序存入tmp（可能是奇数无法均分，需要将剩余直接着存入）
- 将该层tmp中排好序的数值放入原来的q中
- 回溯到上一层，重复2,3操作，直到最顶层的left>=right，排序完成
#include
using namespace std;
const int N = 1000010;
int n;
int q[N], tmp[N];
void merge_sort(int q[], int l, int r)
{
if (l >= r) return;
int mid = l + r >> 1;
merge_sort(q, l, mid), merge_sort(q, mid + 1, r);//递归均分区间
int k = 0, i = l, j = mid + 1;
while (i <= mid && j <= r)
if (q[i] <= q[j]) tmp[k++] = q[i++];//按照从小到大顺序存入tmp
else tmp[k++] = q[j++];
while (i <= mid) tmp[k++] = q[i++]; //将剩余的接着存入
while (j <= r) tmp[k++] = q[j++];
for (i = l, j = 0; i <= r; i++, j++) q[i] = tmp[j];//把排好的数放回q
}
int main()
{
scanf("%d", &n);
for (int i = 0; i < n; i++) scanf("%d", &q[i]);
merge_sort(q, 0, n - 1);
for (int i = 0; i < n; i++) printf("%d ", q[i]);
return 0;
} 逆序对的数量
- 归并排序合并过程中计算逆序对数量
- 若 a[i] > a[j]，则a[i] 和它后面的元素都大于 a[j]，a[i] 构成逆序对数量：res += mid - i + 1;
例如上图合并的一个过程，由4 5 7 8 1 2 3 6 合并为 1 2 3 4 5 6 7 8，对于4有 4>1 所以逆序对数res 就等于4后面的所有数字再加自己本身，即res==(mid-i) +1;
观察整个合并图发现，对每个小的数组合并成大数组累加逆序对，最终不重不漏得到所有逆序对
#include
using namespace std;
typedef long long LL;
const int N = 1e5 + 10;
int a[N], tmp[N];
LL merge_sort(int q[],int l,int r)
{
if(l>=r) return 0;
int mid =l+r >>1;
LL res=merge_sort(q,l,mid)+merge_sort(q,mid+1,r);
int k=0,i=l,j=mid+1;//设每个数组的头元素位置
while(i<=mid && j<=r)
{
if(q[i]<=q[j]) tmp[k++]=q[i++];
else
{
res+=mid-i+1;
tmp[k++]=q[j++];
}
}
while(i<=mid) tmp[k++]=q[i++];
while(j<=r) tmp[k++]=q[j++];
for(i=l,j=0;i<=r;i++,j++) q[i]=tmp[j];
return res;
}
int main()
{
int n;
scanf("%d", &n);
for (int i = 0; i < n; i ++ ) scanf("%d", &a[i]);
cout << merge_sort(a, 0, n - 1) << endl;
return 0;
}
二分查找
二分模板
//区间[l，r]被划分成[l,mid]和[mid + 1，r]时使用:
int bsearch_1(int 1, int r)
{
while (l < r)
{
int mid = l + r >> 1;
if (check(mid)) r = mid; //判断mid是否满足性质
else l = mid + 1;
}
return l;
}
//区间[l,r]被划分成[l，mid - 1]和[mid, r]时使用:
int bsearch_2(int l, int r)
{
while (l < r)
{
int mid = l + r + 1 >> 1;
if (check(mid)) l = mid;
else r = mid - 1;
}
return l;
}
记忆口诀：有减必有加
数的范围
思路：
- 利用二分，保证每次缩小范围时所求值都在范围中
- 一个需要找到>=x的第一个数，另一个需要找到<=x的最后一个数
#include
#include
using namespace std;
const int N = 1e5 + 10;
int q[N];
int SL(int l, int r, int x) {
while (l < r) {
int mid = l + r >> 1;
if (q[mid] >= x) r = mid;
else l = mid + 1 ;
}
return l;//最终找到>=x的第一个数
}
int SR (int l, int r, int x) {
while (l < r) {
int mid = l + r + 1 >> 1;
if(q[mid] <= x) l = mid;
else r = mid - 1;
}
return r;//最终找到<=x的第一个数
}
int main() { int n,m;
scanf ("%d%d",&n,&m);
for(int i=0;i 浮点数二分
思路：
因为完全不必考虑 m=(l+r)/2;导致精度丢失的问题，所以可以直接缩范围
（借用大佬笔记）
#include
using namespace std;
int main()
{
double l=-100000,r=100000; //数据结果必在其之间，不用思考
double n,m;
cin>>n;
while(r-l>1e-8) //精确到为1e-6，所以至少要多精确两位
{
m=(l+r)/2;
if(m*m*m>=n) r=m; //立方根n在mid的左边，缩右边界
else l=m;
}
printf("%.6f",m);
return 0;
} 高精度
高精度加法
思路：
#include
using namespace std;
const int N = 100010;
int A[N], B[N], C[N];
int Add(int a[], int b[], int c[], int cnt) {
int t = 0;//t表示进位
for (int i=1; i<=cnt; i++) {
t += a[i] + b[i];//进位加上a和b第i位上的数
c[i] = t % 10;//c的值就是进位的个位数
t /= 10;//把t的个位数去掉只剩下十位数，即只剩下这个位置的进位
}
if (t) c[++cnt] = 1;//如果t==1，表示还有一个进位，要补上
return cnt;
}
int main() {
string a, b;
cin >> a >> b;
//A和B倒着放进int数组，因为有进位，倒着放容易处理
int cnt1 = 0;
for (int i=a.size()-1; i>=0; i--)
A[++cnt1] = a[i] - '0';
int cnt2 = 0;
for (int i=b.size()-1; i>=0; i--)
B[++cnt2] = b[i] - '0';
int tot = Add(A, B, C, max(cnt1, cnt2));
//因为A和B是倒着放的，所以C也要倒着输出
for (int i=tot; i>=1; i--)
cout << C[i];
}
高精度减法
模拟手算减法
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
string a,b;
bool cmp(vector&A,vector&B)
{
if(A.size()!=B.size()) return A.size()>B.size();
for(int i=A.size()-1;i>=0;i--)
if(A[i]!=B[i]) return A[i]>B[i];
return true; //A==B
}
vector sub(vector&A,vector&B)
{
vector C;
for(int i=0,t=0;i0,入t;如果t<0,入(t+10)%10
if(t<0) t=1;
else t=0;
}
while(C.size()>1 && C.back()==0) C.pop_back();
return C;
}
int main()
{
vector A,B;
cin>>a>>b;
for(int i=a.size()-1;i>=0;i--) A.push_back(a[i]-'0');
for(int i=b.size()-1;i>=0;i--) B.push_back(b[i]-'0');
vector C;
if(cmp(A,B)) C=sub(A,B);
else C=sub(B,A),cout<<"-";
for(int i=C.size()-1;i>=0;i--) cout< 高精度乘法（高精度x低精度）
#include
#include
using namespace std;
vector mul(vector& A,int b)
{
vector C;
int t=0;
for(int i=0;i1&&C.back()==0) C.pop_back();//去除前导0
return C;
}
int main()
{
string a;
int b;
cin>>a>>b;
vector A;
for(int i=a.size()-1;i>=0;i--) A.push_back(a[i]-'0');
vector C=mul(A,b);
for(int i=C.size()-1;i>=0;i--) cout< 高精度除法
#include
#include
#include
using namespace std;
vector div(vector&A,int B,int &r)
{
vector C;
for(int i=0;i1&&C.back()==0)
C.pop_back();
return C;
}
int main()
{
string a;
int B,r=0;
cin>>a>>B;
vector A;
for(int i=0;i C=div(A,B,r);
for(int i=C.size()-1;i>=0;i--) cout< 前缀和与差分
前缀和
思路：
给出ai的值时算出前n项和的值
只需要 s[r]-s[l-1] 即可求出 l 到 r 之间的值
技巧：
ios::sync_with_stdio(false);作用:提高cin和cout的速度
副作用：不能使用scanf和printf
#include
using namespace std;
const int N=1e6+10;
int n,m;
int a[N],s[N];
int main()
{
ios::sync_with_stdio(false);
cin>>n>>m;
for(int i=1;i<=n;i++)
{
cin>>a[i];
s[i]=s[i-1]+a[i];
}
while(m--)
{
int l,r;
cin>>l>>r;
cout< 子矩阵的和
思路：
s[i][j]为从（1,1）到（i，j）所有整数的和
S[i,j]即为所有数的的和为：S[i,j]=S[i,j−1]+S[i−1,j]−S[i−1,j−1]+a[i,j]
(x1,y1),(x2,y2)这一子矩阵中的所有数之和为：S[x2,y2]−S[x1−1,y2]−S[x2,y1−1]+S[x1−1,y1−1]
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
const int N = 1010;
int n, m, q;
int a[N][N], s[N][N];
int main()
{
cin>>n>>m>>q;
for(int i=1;i<=n;i++)
for(int j=1;j<=m;j++)
{
cin>>a[i][j];
s[i][j]=s[i-1][j]+s[i][j-1]-s[i-1][j-1]+a[i][j];
}
while(q--)
{
int x1,x2,y1,y2;
cin>>x1>>y1>>x2>>y2;
cout< 差分
思路：
首先给定一个原数组a：a[1], a[2], a[3],,,,,, a[n];
然后我们构造一个数组b ： b[1] ,b[2] , b[3],,,,,, b[i];
使得 a[i] = b[1] + b[2 ]+ b[3] +,,,,,, + b[i]
a数组是b数组的前缀和数组，比如对b数组的b[i]的修改，会影响到a数组中从a[i]及往后的每一个数。
首先让差分b数组中的 b[l] + c ,a数组变成 a[l] + c ,a[l+1] + c,,,,,, a[n] + c;
然后我们打个补丁，b[r+1] - c, a数组变成 a[r+1] - c,a[r+2] - c,,,,,,,a[n] - c;
核心操作：对差分数组b做 b[l] + = c, b[r+1] - = c（时间复杂度为O(1) ）
a[i]为b[i]前缀和的实现
令a[i]=a[i-1]+b[i]; ---> b[i]=a[i]-a[i-1];
即：
a[0 ]= 0;
b[1] = a[1] - a[0];
b[2] = a[2] - a[1];
b[3] =a [3] - a[2];
........
b[n] = a[n] - a[n-1];
总结a[i]为b[i]的前缀和 a[i] = b[1] + b[2 ]+ b[3] +,,,,,, + b[i]
#include
using namespace std;
const int N = 1e5 + 10;
int a[N], b[N];
int main()
{
int n, m;
scanf("%d%d", &n, &m);
for (int i = 1; i <= n; i++)
{
scanf("%d", &a[i]);
b[i] = a[i] - a[i - 1]; //由前缀和公式，构建差分数组
}
int l, r, c;
while (m--)
{
scanf("%d%d%d", &l, &r, &c);
b[l] += c; //将序列中[l, r]之间的每个数都加上c
b[r + 1] -= c;
}
for (int i = 1; i <= n; i++)
{
a[i] = b[i] + a[i - 1]; //更新a[i],前缀和运算
printf("%d ", a[i]);
}
return 0;
} 差分矩阵
思路：
a[][]数组是b[][]数组的前缀和数组（b[i][j]改变影响a[i][j]之后的所以值），那么b[][]是a[][]的差分数组，我们去构造差分数组： b[i][j]，使得a数组中a[i][j]是b数组左上角(1,1)到右下角(i,j)所包围矩形元素的和
先看核心操作：在范围(x1,y1)到(x2,y2)的方形数组中加c
b[x1][y1] + = c;
b[x1,][y2+1] - = c;
b[x2+1][y1] - = c;
b[x2+1][y2+1] + = c;
（假设有b差分数组）
完成上述操作需要构造差分数组b:
void insert(int x1,int y1,int x2,int y2,int c)
{ //对b数组执行插入操作，等价于对a数组中的(x1,y1)到(x2,y2)之间的元素都加上了c
b[x1][y1]+=c;
b[x2+1][y1]-=c;
b[x1][y2+1]-=c;
b[x2+1][y2+1]+=c;
}
for(int i=1;i<=n;i++)
{
for(int j=1;j<=m;j++)
{
insert(i,j,i,j,a[i][j]); //构建差分数组
}
}差分这样构建的原因：首先假设a,b都为空数组，也就是全部为0的情况，那么我们也可以说，b数组是a数组的差分数组！因为a[i][j] = b[1][1]+…b[i][j],因为都是0，所有情况满足！在这时a数组其实不为空，我们把a数组中的值看作（0+a[i][j]）那么a数组的值变了，变成了a[i][j],这时如果b数组要想成为a数组的差分数组，值也要变为a[i][j],所以我们把b[i][j]变为a[i][j]，这样就能满足b数组是a数组的差分数组。也就相当于想b数组中插入a[i][j].
#include
#include
using namespace std;
const int N = 1e3 + 10;
int a[N][N], b[N][N];
void insert(int x1, int y1, int x2, int y2, int c)
{
b[x1][y1] += c;
b[x2 + 1][y1] -= c;
b[x1][y2 + 1] -= c;
b[x2 + 1][y2 + 1] += c;
}
int main()
{
int n, m, q;
cin >> n >> m >> q;
for (int i = 1; i <= n; i++)
for (int j = 1; j <= m; j++)
cin >> a[i][j];
for (int i = 1; i <= n; i++)
{
for (int j = 1; j <= m; j++)
{
insert(i, j, i, j, a[i][j]); //构建差分数组
}
}
while (q--)
{
int x1, y1, x2, y2, c;
cin >> x1 >> y1 >> x2 >> y2 >> c;
insert(x1, y1, x2, y2, c);
}
for (int i = 1; i <= n; i++)
{
for (int j = 1; j <= m; j++)
{
b[i][j] += b[i - 1][j] + b[i][j - 1] - b[i - 1][j - 1]; //二维前缀和
//从（1,1）到（i，j）的整数和b[i][j] = b[i - 1][j] + b[i][j - 1] - b[i - 1][j - 1]+b[i][j]
}
}
for (int i = 1; i <= n; i++)
{
for (int j = 1; j <= m; j++)
{
printf("%d ", b[i][j]);
}
printf("\n");
}
return 0;
}