将设计变现:算法逻辑实现,这就是编程的美妙之处(模板+输入输出的随机应变处理)
学习方法:
画图,思考,应用————>提前准备好模板和应对措施就会大大提高效率(熟练掌握,能够非常快地把代码默写出来)
做题:
1. 一定要看懂题目的前提下再做题:抓住突破点!!
2. 先写出暴力思路,然后优化思路和实现
3. 分解问题,解决问题
如何选择模板:
二分的主要思想:答案所在的区间(保证区间里面有答案)
一维前缀和:
Si = a1+a2+a3+…+ai
差分:
统一模板:最核心性质是将朴素的O(n^2)算法优化到O(n)
应用:输出单词,快排,KMP
思路:先思考暴力怎么写,然后看出i和j之间的单调关系,有单调关系的话利用ij之间的单调关系把时间复杂度由n^2转变成n
应用场景:
数字n的二进制中1的个数:n>>K&1
lowbit操作:返回x的最后一位1
x=1010,返回:10
x=101000, 返回:1000
表达式:x&-x(复数是取反加一)
具体应用场景:快速地把有交集的区间进行合并
设置vector,根据设置进位t,实时记录借位
本位:取模10
进位:除以10的数
//基于比较的二分思想的排序算法
解决方案:确定分界点,确定左右区间(划分)
优美方法:双指针处理算法,循环迭代每次交换
背住板子,注意进入子函数后的边界问题和选择的点,避免死循环
//应用:第k个数
解决方案:快排的处理操作,单次递归
快排的每一趟,数轴的左边都会是 <= x 的, 右边都是 >= x 的。
左边元素的个数是 s1 = j - l + 1, 如果k <= s1 的话,那么下次递归的区间就是左边,否则右边。
直到 l == r 时返回q[l]。
解决方案:以数字中间点为分界点(左右两端的二分点)划分左右区间,递归排序操作;归并操作合二为一
//应用:
求逆序对的数量
解决方案:
//线性结构:
用数组模拟
效率:动态链表方式效率较低
数组模拟单链表:
最多的是邻接表(n个链表):存储树和图
数组模拟双链表:
用来优化某些问题:每个节点有两个指针,一个指向前,一个指向后
数组模拟:
栈:先进后出
队列:先进先出
//应用:
中缀表达式求值(中缀表达式树:遍历),运算顺序用栈来做
解决方案:
定义不同栈存储操作符和数字
处理初始表达式,进入不同栈,根据当前运算符和栈顶的元素选择是否操作
// 单调栈:
常见模型:给一个序列,求这个序列中某数离其左边/右边最近的最大/最小的数
解决方案:利用栈进行处理,根据单调要求,存储的是严格上升的数
// 单调队列:滑动窗口
常见模型:求数组中滑动队列中数的最小值
解决方案:
失配时:
朴素做法:O(n*m),后移一位
KMP处理:根据预处理已匹配过的前后缀长度,利用后移数值增加 O(n)
应用:高效地存储和查找字符串集合的数据结构
问题模型:统计字符串出现频率
解决方案:
从根节点开始存储每个节点 ,每个叶节点打标记得到该字符串
根据字符串的内容创建路径/树的分支,即得串树
代码实现思路:数组模拟插入查询(多叉树)
//应用:最大异或对
问题模型:给定n个整数,从其中挑出两个整数,求最大异或值
解决方案:
优化暴力:
1. 首先将整数构造为01串,然后根据01字符串构造Trie树
2. 枚举每个数,根据Trie树查询到针对当前枚举的数找到的最大数
数组模拟手写实现:建堆,创建,删除
维护一个数据集合:up和down操作
1. 插入一个数
2. 求集合当中的最小值
3. 删除最小值
4. 删除任意一个元素
5. 修改任意一个元素
建堆:利用down操作的时间复杂度为O(n)
//应用-模拟堆:增加操作删去第k个元素
解决方案:
1. 增加双向映射hp(堆指向映射),ph(映射指向堆节点)
2. 增加外部映射数组,交换堆中两节点的同时交换
首先交换蓝颜色两条边
之后交换绿色指向边
最后交换节点数值
应用:快速处理集合,近乎O(1)
1. 将两个集合合并
2. 询问两个元素是否在一个集合当中
基本思想:
树的形式维护所有集合:每个集合用一颗树来表示,树根的编号就是整个集合的编号,每个节点存储它的父节点,p[x]表示x的父节点
问题1:如何判断树根:if(p[x] = x)
问题2:如何求x的集合编号:只要x不是树根编号,就一直往上走 while(p[x] != x) x = p[x];————>优化:路径上所有的节点都直接指向根节点,一遍即可(很好的加速-路径压缩)
问题3:如何合并两个集合:px,py分别是x,y的集合编号,让p[x]=y;
应用:图中连通块中点的数量
解决方案:集合维护连通块,维护一个size即可
并查集维护额外信息:表示同类和被吃的关系
如何确定关系:记录每个点和根节点之间的关系,就可以知道任意两点之间的关系(判断领袖与节点的关系)
点到根节点的距离表示关系:余1吃根节点,余2被根节点吃,余0与根节点同类
从根节点到不同点的距离可来分析这些点的关系:不同点之间的d值模3同余的是同类
代码实现:p存储father,d存储点到根节点之间的距离(在find过程中处理)
初始化集合
处理关系:根据关系确定新节点的d值,处理的突破点是根据模余关系得到吃与被吃的关系
#include
#include
using namespace std;
const int N = 100010;
int p[N],d[N];
int find(int x){
if(p[x] != x){
int t = find(p[x]);
d[x] += d[p[x]]; //回溯到根,在递归结束的栈顶依次处理节点到根的距离
p[x] = t; //节点关系路径压缩
}
return p[x];
}
int main(){
int ans = 0;
int n,m;
scanf("%d%d",&n,&m);
for(int i = 1;i <= n;i++)p[i] = i; //初始化
while(m--){
int z,x,y;
scanf("%d%d%d",&z,&x,&y);
//取出x,y的两个根节点
int px = find(x),py = find(y);
if(x > n || y > n)ans++;
else if(z == 1){
//也就是说默认出现的第一个x,y都是默认正确的,只是寻找后面的x,y是否符合前面x,y的规范
//注意只有在同一颗树的中,才能进行操作,否则将其进行加入
//查看两个节点的距离是否模除为0 不要进行d[x] % 3 == d[y] % 3的操作 因为有可能出现负数
if(px == py && (d[x] - d[y]) % 3 )ans++; //在一个集合中不是同类
else if(px != py){ //不在一个集合中,进行合并操作
p[px] = py;
d[px] = d[y] - d[x];
}
}
else{
//注意这里的d[x] - d[y] + 1 模3 判断,那么下面的将两个集合放在一起的操作就需要相应的减一
if(px == py && (d[x] - d[y] + 1) % 3 )ans++; //x不吃y说明这句话是假话
else if(px != py){ //若不在一个集合
p[px] = py;
d[px] = d[y] - d[x] - 1;
}
}
}
cout<<ans<<endl;
return 0;
}
哈希表:
存储结构:开放寻址法,拉链法(链表存储冲突元素)
哈希函数的设置:一般情况下为模余,长度为取质数
算法操作:添加和查找某个数,打标记为删除操作
拉链法
//拉链法实现
/*
* Project: 11_哈希表
* File Created:Sunday, January 17th 2021, 2:11:23 pm
* Author: Bug-Free
* Problem:AcWing 840. 模拟散列表 拉链法
*/
#include
#include
using namespace std;
const int N = 1e5 + 3; // 取大于1e5的第一个质数,取质数冲突的概率最小 可以百度
//* 开一个槽 h
int h[N], e[N], ne[N], idx; //邻接表
void insert(int x) {
// c++中如果是负数 那他取模也是负的 所以 加N 再 %N 就一定是一个正数
int k = (x % N + N) % N;
e[idx] = x;
ne[idx] = h[k];
h[k] = idx++;
}
bool find(int x) {
//用上面同样的 Hash函数 讲x映射到 从 0-1e5 之间的数
int k = (x % N + N) % N;
for (int i = h[k]; i != -1; i = ne[i]) {
if (e[i] == x) {
return true;
}
}
return false;
}
int n;
int main() {
cin >> n;
memset(h, -1, sizeof h); //将槽先清空 空指针一般用 -1 来表示
while (n--) {
string op;
int x;
cin >> op >> x;
if (op == "I") {
insert(x);
} else {
if (find(x)) {
puts("Yes");
} else {
puts("No");
}
}
}
return 0;
}
// 开放寻址法代码
/*
* Project: 11_哈希表
* File Created:Sunday, January 17th 2021, 4:39:01 pm
* Author: Bug-Free
* Problem:AcWing 840. 模拟散列表 开放寻址法
*/
#include
#include
using namespace std;
//开放寻址法一般开 数据范围的 2~3倍, 这样大概率就没有冲突了
const int N = 2e5 + 3; //大于数据范围的第一个质数
const int null = 0x3f3f3f3f; //规定空指针为 null 0x3f3f3f3f
int h[N];
int find(int x) {
int t = (x % N + N) % N;
while (h[t] != null && h[t] != x) {
t++;
if (t == N) {
t = 0;
}
}
return t; //如果这个位置是空的, 则返回的是他应该存储的位置
}
int n;
int main() {
cin >> n;
memset(h, 0x3f, sizeof h); //规定空指针为 0x3f3f3f3f
while (n--) {
string op;
int x;
cin >> op >> x;
if (op == "I") {
h[find(x)] = x;
} else {
if (h[find(x)] == null) {
puts("No");
} else {
puts("Yes");
}
}
}
return 0;
}
// 应用:字符串前缀哈希法
解决方案:
首先预处理所有前缀哈希
1. 定义hash值:字符串看成p进制的数,通过取模Q把任何字符串映射到0-Q-1的数
2. 哈希方式的选取:将字符串映射成一个数字(字符串哈希的思路)
// 字符串哈希的作用:快速判断两子串是否相同
Q: LL类型,溢出默认取模
哈希处理:h[i] = h[i-1]*p+str[i];
解决方案:贪心思路,尝试解决
//应用:区间选点,寻找区间的交集
解决方案:
将区间排序,选择代表点,覆盖区间则pass当前区间,否则选择当前区间的右端点
// 应用:选择一组区间,是满足最大不相交区间的数量
//应用:区间分组:不相交区间分组
给定 N 个闭区间 [ai,bi],请你将这些区间分成若干组,使得每组内部的区间两两之间(包括端点)没有交集,并使得组数尽可能小。输出最小组数。
// 应用:区间覆盖
给定 N 个闭区间 [ai,bi] 以及一个线段区间 [s,t],请你选择尽量少的区间,将指定线段区间完全覆盖。
解决方案:将区间按照右端点从小到大排序,从覆盖起点的区间开始贪心搜索,选择覆盖范围最大的区间
// 应用:huffman编码树
解决方案:贪心思想,利用堆(优先队列)构造Huffman树
算法分析:堆删除和插入操作的计算量是O(logn),总时间复杂度是O(nlogn)
#include
#include
#include
using namespace std;
int main()
{
int n;
scanf("%d", &n);
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> heap; //初始化堆结构
while (n -- )
{
int x;
scanf("%d", &x);
heap.push(x);
}
int res = 0;
while (heap.size() > 1)
{
int a = heap.top(); heap.pop(); //取出两最小节点合并
int b = heap.top(); heap.pop();
res += a + b;
heap.push(a + b);
}
printf("%d\n", res);
return 0;
}
//排序不等式
问题模型:排队等待打水
解决方案:从小到大排序,计算等待的最短时间
//绝对值不等式 |x-a|+|x-b|>=|a-b|
问题模型:货仓选址
解决方案:两两分组,取得最中间的那个数即可求得最小和
奇数:最中间的数进行选择
偶数:中间的前一个后一个都可选择
//推公式
问题模型:耍杂技的牛
//一定要先审清楚题目,知道求的是什么再做题判断,不要随便解题
问题解决:
分析:通过分析相邻两元素的危险值,得到将wi+si从大到小进行排序得到的序列结果即为最优解,因此排序求得危险值的最大值即可
问题模型
解题思路://dfs没有模板,重要的是暴力思路和枚举顺序
两种解题效率:
1. 搜索全排列的思路:搜索顺序基本一致
设置对角线数组辅助记录满足条件,设置图邻接矩阵存储数据,处理过程中进行剪枝(按照行的顺序枚举)
2. 枚举n^2个格子,枚举当前选择为:放或者不放
//走迷宫:兔子从窝边草开始吃
宽搜:所有边权重相同的最短路问题
图中某个状态视为路径节点,从起点走到终点,BFS求最短路径
问题:
1. 状态表示复杂:存储方式——》字符串表示
2. 如何记录每个状态的距离,如何做状态转移:表示状态_移动_转移状态
具体实现:距离数组存储距离,队列处理BFS
//图(权重相同为1,可用BFS求最短路径——宽搜框架搜索图)中点的层次:求图中的最短路径是否存在,存在输出
//有向图的拓扑序列
解决方案:
入度为0的点排在最前的位置
若存在环,则一定不会入队
1. 初始化初始距离
2. 迭代更新距离
存储图:稠密-邻接矩阵,稀疏-邻接表
3. 模板(见下)
优化点:
1. 系数图:存储方式改为邻接表的方式
2. 在n次循环中,利用找到的最短距离点更新其他点的距离一共操作了m次,每次添加到堆中logn的复杂度,因此更新其他邻边节点的距离的总时间复杂度为mlogn
3. 在n次循环中,利用小根堆找到距离最近的点是O(1),所以优化到O(n)
应用:用来求多源最短路
解决方案:邻接矩阵存储边
三重循环:k从1~n,i:1~n,j:1~n
每次更新一遍
图论经典性质:一个图是二分图当且仅当图中不含有奇数环(环当中边的数量是奇数)
二分图定义:根据边的邻接点的关系把所有点划分到两边集合当中,使得集合内部没有边
解决方案:染色法判断是否为二分图
解决方案:
枚举左半部点,查找边,根据是否右节点已被匹配或者可更新(反悔之前的匹配)进行再次匹配,最后得到最大匹配结果
//bellman-ford:有边数限制的最短路
//spfa:
//判定质数
判定一个数是不是质数
质数的定义:在严格大于1的整数中,如果只包含1和本身这两个约数,就被称为质数,或者叫素数
解决方案:
1. 暴力O(n)
2. 利用性质:质数都是成对出现,只枚举较小的那个即可,所以枚举到根号n即可
//试除分解质因数
从小到大枚举所有数
性质:n中最多只包含一个大于sqrt(n)的质因子,(反证)
//筛质数
给定一个正整数 n,请你求出 1∼n 中质数的个数
核心解决方案:根据当前以求得2-p-1中的质数的倍数筛除合数,未被筛除的p为质数(因为2-p-1中没有其质因数)
朴素筛法:枚举2-n,筛除每个i的倍数 O(nlogn),留下质数
优化筛除-埃式筛法:质数定理[1-n中有n/lnn个质数,O(n)一个级别]
线性筛法:从小到大只枚举质数,筛除合数(合数是被枚举的最小的质因子筛除的)
核心思路:
1. n只会被最小质因子筛掉,每个数都只有一个最小质因子,所以每个数只会被筛一次,因而是线性的(pj是从小到大枚举的质数)
2. 对于一个合数x,假设pj是x的最小质因子,当i枚举到x/pj的时候,一定会被筛掉
//试除法求约数
枚举小约数,计算大约数(约数成对出现)
时间复杂度:
//约数个数
问题模型:给定 n 个正整数 ai,请你输出这些数的乘积的约数个数,答案对 109+7 取模
解决方案:算数公式1
//约数之和
问题模型:给定 n 个正整数 ai,请你输出这些数的乘积的约数之和,答案对 109+7 取模
约数之和:每个括号内部选一项,根据算法分配律展开(乘积之和展开即为把所有约数加到一起)
解决方案:容斥原理
利用公式定义直接求欧拉函数
筛法求欧拉函数:O(n)复杂度求出每个数的欧拉函数
线性筛法
线性筛法求欧拉函数
问题模型:给定 n 组 ai,bi,pi,对于每组数据,求出 ai的bi次方mod pi 的值
解决方案:反复平方法
1. 首先预处理logk个值:每个数都是上一个数的平方得到
2. 将a的k次方拆成若干个乘积的形式
3. 计算复杂度即为logk
//快速幂求逆元
裴蜀定理:有任意正整数a, b,那么一定存在非0整数x,y使得 ax+by=gcd(a, b)
//求x,y的系数
//线性同余方程
问题模型:给定 n 组数据 ai,bi,mi,对于每组数求出一个 xi,使其满足 ai × xi ≡ bi (mod mi) ,如果无解则输出 impossible
解决方案:b可以整除a和m的最大公约数
问题模型:给定一个整数 n 和 m 个不同的质数 p1,p2,…,pm。请你求出 1∼n 中能被 p1,p2,…,pm 中的至少一个数整除的整数有多少个
解决方案:因为先手必须先拿some,所以可得(如下图)如果当前是全0局面,那么不管先手怎么操作,一定是非0局面;如果当前是非0局面,那么先手进行操作(拿走x使得最后为0),一定可以得到全0局面
核心本质:是0非0,在先后手之间来回切换
解题方案:先手拥有必胜策略:每次挪动将奇数台阶上保持一致,最后对手先看到0----0败局,因而对手必输
SG函数:状态函数(有点难,以后用了再学)
1. 状态表示方式:化零为整,用状态表示一类问题,表示出当前所有方案
1. 最朴素的动态规划:二维
2. 优化:一维
2. 状态计算:化整为零,状态转移计算问题(做分割,可以计算出方案之和)
滚动数组优化
利用性质结合滚动数组优化
//解法2:数据范围较大,优化n^3:二进制优化方法,将S拆分成多个二进制数字累加
每一组之间的物品互斥,01背包的变种
多重背包问题是分组问题的特殊情况(0个,1个,2个打包的选择情况)
DP分析法:DP比暴搜快的原因是每次处理一类问题,暴力搜索是每次处理一个问题
状态表示:集合,属性eg最值——(基于经验进行表示 )
状态计算:集合划分
//最长上升子序列
给定一个长度为 N 的数列,求数值严格单调递增的子序列的长度最长是多少
解决方案:经典DP问题
1. 所有以i结尾的上升子序列可以分成哪些类呢?(状态计算)
2. 可以分成很多类:转换得到的先前状态
解决方案:
分析步骤:
1. 状态表示
2. 状态计算
//编辑距离
解决方案:求每个目标字符串和已有字符串的编辑距离,判断是否符合所给限制数目,最后求出问题解
问题分析:合并相邻两堆
解决方案:
1. 状态表示:化零为整(把零散整合为一个 整体)
2. 状态计算:两区间合并,以合并临界点为标准
区间枚举套路:
枚举区间长度
枚举区间左端点_右端点
类似于完全背包问题的优化方式:
找到优化方式:f[i][j] = f[i-1][j] + f[i][j-1]
空间优化:(体积从小到大循环即可)f[j] = f[j] + f[j-1]
本题:i是体积,j是容量
解决方案1:变化的是选择哪些数(总和n不变)
解决方案2:最后求和才是答案(对比方案1)
解决方案:分情况讨论
#include
#include
using namespace std;
int base[10];
int f[10][10];
int g[10][10];
void init()
{
base[0] = 1;
for(int i = 1 ; i <= 9 ; i++) base[i] = base[i-1]*10;
//从00……0 - 99……9 的各位数字有多少个,其中i为数字个数(包含前导零)
for(int i = 0 ; i <= 9 ; i++) f[1][i] = 1;
for(int i = 2 ; i <= 9 ; i++)
for(int j = 0 ; j <= 9 ; j++)
f[i][j] = f[i-1][j]*10 + base[i-1];
//从1 - 99……9 的各位数字有多少个,其中i为数字个数(不包含前导零)
for(int i = 1 ; i <= 9 ; i++) g[1][i] = 1;//循环从1开始
for(int i = 2 ; i <= 9 ; i++) {
g[i][0] = g[i-1][0] + f[i-1][0]*9;
for(int j = 1 ; j <= 9 ; j++)
g[i][j] = g[i-1][j] + f[i-1][j]*9 + base[i-1];
}
}
vector<int> dp(int n)
{
vector<int> ans(10,0); //记录答案
if(n<=0) return ans; //边界条件
vector<int> nums;
while(n) nums.push_back(n%10), n/=10;
vector<int> last(10,0); //记录前缀中各个数字个数
//统计1 - 99……9(n-1个9)里面各个数字有多少个
for(int i = 0 ; i <= 9 ; i++) ans[i] = g[nums.size()-1][i];
//统计大于10……0(n-1个0) 的树里各个数字有多少个
for(int i = nums.size()-1 ; i >=0 ; i--) {
//循环变量i可以表示剩下的数字有多少个
int x = nums[i];
for(int j = i==nums.size()-1 ; j < x ; j++) { //第一次循环不能有0
//前缀部分
for(int k = 0 ; k <= 9 ; k++)
ans[k] += last[k] * base[i];
//当前位置部分
ans[j] += base[i];
//后缀部分
for(int k = 0 ; k <= 9 ; k++)
ans[k] += f[i][k];
}
//更新前缀计数器
last[x] ++;
//统计叶子节点(这个数本身)
if(!i) for(int k = 0 ; k <= 9 ; k++) ans[k] += last[k];
}
return ans;
}
vector<int> ask(int a, int b)
{
auto x = dp(b);
auto y = dp(a-1);
vector<int> ans;
for(int i = 0 ; i <= 9 ; i++) ans.push_back(x[i]-y[i]);
return ans;
}
void print(vector<int> ans)
{
for(auto x:ans) printf("%d ",x);
puts("");
}
bool check(int x)
{
auto t = ask(x,x);
vector<int> cnt(10,0);
while(x) cnt[x%10]++,x/=10;
for(int i = 0 ; i <= 9 ; i++)
if(cnt[i] != t[i])
return false;
return true;
}
int main()
{
init();
//这里是一个DEBUG函数
// for(int i = 1 ; i <= 1000000 ; i*=10) {
// if(!check(i))
// printf("ERROR:%d\n",i);
// }
int a,b;
while(cin >> a >> b, a||b) {
if(a>b) swap(a,b);
auto t = ask(a,b);
print(t);
}
return 0;
}
解决方案:
解决方案:二进制01串表示状态
子树相互独立,每棵最大值之和+选根/不选根=当前根节点的最大值
时间复杂度:O(n)
解题方案:动态规划思路
实现方式:递归-记忆化搜索