From e4e6cd6baebe8cd1eff7cfeb3a4617e432195459 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: krahets Date: Sun, 25 Jun 2023 21:11:35 +0800 Subject: [PATCH] build --- chapter_array_and_linkedlist/array.md | 4 +- chapter_array_and_linkedlist/list.md | 38 +- chapter_backtracking/subset_sum_problem.md | 136 +++++- chapter_computational_complexity/summary.md | 2 + chapter_graph/graph_operations.md | 4 +- chapter_hashing/hash_algorithm.md | 73 ++- chapter_hashing/hash_collision.md | 486 +++++++++++++++++++- chapter_hashing/hash_map.md | 42 +- chapter_hashing/summary.md | 30 ++ chapter_heap/build_heap.md | 2 +- chapter_heap/summary.md | 7 + chapter_sorting/radix_sort.md | 2 +- chapter_sorting/summary.md | 18 + chapter_stack_and_queue/deque.md | 6 +- chapter_stack_and_queue/queue.md | 30 +- chapter_stack_and_queue/stack.md | 8 +- chapter_tree/avl_tree.md | 14 +- chapter_tree/binary_search_tree.md | 17 +- chapter_tree/summary.md | 22 + 19 files changed, 836 insertions(+), 105 deletions(-) diff --git a/chapter_array_and_linkedlist/array.md b/chapter_array_and_linkedlist/array.md index aa7d27fa3..29f382e26 100755 --- a/chapter_array_and_linkedlist/array.md +++ b/chapter_array_and_linkedlist/array.md @@ -433,7 +433,7 @@ elementAddr = firtstElementAddr + elementLength * elementIndex fn extend(mem_allocator: std.mem.Allocator, nums: []i32, enlarge: usize) ![]i32 { // 初始化一个扩展长度后的数组 var res = try mem_allocator.alloc(i32, nums.len + enlarge); - std.mem.set(i32, res, 0); + @memset(res, 0); // 将原数组中的所有元素复制到新数组 std.mem.copy(i32, res, nums); // 返回扩展后的新数组 @@ -1077,7 +1077,7 @@ elementAddr = firtstElementAddr + elementLength * elementIndex ```zig title="array.zig" // 在数组中查找指定元素 fn find(nums: []i32, target: i32) i32 { - for (nums) |num, i| { + for (nums, 0..) |num, i| { if (num == target) return @intCast(i32, i); } return -1; diff --git a/chapter_array_and_linkedlist/list.md b/chapter_array_and_linkedlist/list.md index 1168a07e7..7f0ffebcf 100755 --- a/chapter_array_and_linkedlist/list.md +++ b/chapter_array_and_linkedlist/list.md @@ -1093,7 +1093,7 @@ comments: true extendRatio int } - /* 构造方法 */ + /* 构造函数 */ func newMyList() *myList { return &myList{ numsCapacity: 10, // 列表容量 @@ -1716,23 +1716,23 @@ comments: true const Self = @This(); nums: []T = undefined, // 数组(存储列表元素) - nums_capacity: usize = 10, // 列表容量 - num_size: usize = 0, // 列表长度(即当前元素数量) - extend_ratio: usize = 2, // 每次列表扩容的倍数 + numsCapacity: usize = 10, // 列表容量 + numSize: usize = 0, // 列表长度(即当前元素数量) + extendRatio: usize = 2, // 每次列表扩容的倍数 mem_arena: ?std.heap.ArenaAllocator = null, mem_allocator: std.mem.Allocator = undefined, // 内存分配器 - // 构造方法(分配内存+初始化列表) + // 构造函数(分配内存+初始化列表) pub fn init(self: *Self, allocator: std.mem.Allocator) !void { if (self.mem_arena == null) { self.mem_arena = std.heap.ArenaAllocator.init(allocator); self.mem_allocator = self.mem_arena.?.allocator(); } - self.nums = try self.mem_allocator.alloc(T, self.nums_capacity); - std.mem.set(T, self.nums, @as(T, 0)); + self.nums = try self.mem_allocator.alloc(T, self.numsCapacity); + @memset(self.nums, @as(T, 0)); } - // 析构方法(释放内存) + // 析构函数(释放内存) pub fn deinit(self: *Self) void { if (self.mem_arena == null) return; self.mem_arena.?.deinit(); @@ -1740,12 +1740,12 @@ comments: true // 获取列表长度(即当前元素数量) pub fn size(self: *Self) usize { - return self.num_size; + return self.numSize; } // 获取列表容量 pub fn capacity(self: *Self) usize { - return self.nums_capacity; + return self.numsCapacity; } // 访问元素 @@ -1768,7 +1768,7 @@ comments: true if (self.size() == self.capacity()) try self.extendCapacity(); self.nums[self.size()] = num; // 更新元素数量 - self.num_size += 1; + self.numSize += 1; } // 中间插入元素 @@ -1783,7 +1783,7 @@ comments: true } self.nums[index] = num; // 更新元素数量 - self.num_size += 1; + self.numSize += 1; } // 删除元素 @@ -1796,30 +1796,30 @@ comments: true self.nums[j] = self.nums[j + 1]; } // 更新元素数量 - self.num_size -= 1; + self.numSize -= 1; // 返回被删除元素 return num; } // 列表扩容 pub fn extendCapacity(self: *Self) !void { - // 新建一个长度为原数组 extendRatio 倍的新数组,并将原数组拷贝到新数组 - var newCapacity = self.capacity() * self.extend_ratio; + // 新建一个长度为 size * extendRatio 的数组,并将原数组拷贝到新数组 + var newCapacity = self.capacity() * self.extendRatio; var extend = try self.mem_allocator.alloc(T, newCapacity); - std.mem.set(T, extend, @as(T, 0)); + @memset(extend, @as(T, 0)); // 将原数组中的所有元素复制到新数组 std.mem.copy(T, extend, self.nums); self.nums = extend; // 更新列表容量 - self.nums_capacity = newCapacity; + self.numsCapacity = newCapacity; } // 将列表转换为数组 pub fn toArray(self: *Self) ![]T { // 仅转换有效长度范围内的列表元素 var nums = try self.mem_allocator.alloc(T, self.size()); - std.mem.set(T, nums, @as(T, 0)); - for (nums) |*num, i| { + @memset(nums, @as(T, 0)); + for (nums, 0..) |*num, i| { num.* = self.get(i); } return nums; diff --git a/chapter_backtracking/subset_sum_problem.md b/chapter_backtracking/subset_sum_problem.md index 3368cff1c..19182895e 100644 --- a/chapter_backtracking/subset_sum_problem.md +++ b/chapter_backtracking/subset_sum_problem.md @@ -127,7 +127,15 @@ comments: true ```go title="subset_sum_i_naive.go" [class]{}-[func]{backtrackINaive} - [class]{}-[func]{subsetSumINaive} + /* 求解子集和 I(包含重复子集) */ + func subsetSumINaive(nums []int, target int) [][]int { + s := subset{} + state := make([]int, 0) // 状态(子集) + total := 0 // 子集和 + res := make([][]int, 0) // 结果列表(子集列表) + s.backtrack(total, target, &state, &nums, &res) + return res + } ``` === "JavaScript" @@ -157,9 +165,36 @@ comments: true === "C#" ```csharp title="subset_sum_i_naive.cs" - [class]{subset_sum_i_naive}-[func]{backtrack} + /* 回溯算法:子集和 I */ + void backtrack(List state, int target, int total, int[] choices, List> res) { + // 子集和等于 target 时,记录解 + if (total == target) { + res.Add(new List(state)); + return; + } + // 遍历所有选择 + for (int i = 0; i < choices.Length; i++) { + // 剪枝:若子集和超过 target ,则跳过该选择 + if (total + choices[i] > target) { + continue; + } + // 尝试:做出选择,更新元素和 total + state.Add(choices[i]); + // 进行下一轮选择 + backtrack(state, target, total + choices[i], choices, res); + // 回退:撤销选择,恢复到之前的状态 + state.RemoveAt(state.Count - 1); + } + } - [class]{subset_sum_i_naive}-[func]{subsetSumINaive} + /* 求解子集和 I(包含重复子集) */ + List> subsetSumINaive(int[] nums, int target) { + List state = new List(); // 状态(子集) + int total = 0; // 子集和 + List> res = new List>(); // 结果列表(子集列表) + backtrack(state, target, total, nums, res); + return res; + } ``` === "Swift" @@ -331,7 +366,16 @@ comments: true ```go title="subset_sum_i.go" [class]{}-[func]{backtrackI} - [class]{}-[func]{subsetSumI} + /* 求解子集和 I */ + func subsetSumI(nums []int, target int) [][]int { + s := subsetI{} + state := make([]int, 0) // 状态(子集) + sort.Ints(nums) // 对 nums 进行排序 + start := 0 // 遍历起始点 + res := make([][]int, 0) // 结果列表(子集列表) + s.backtrack(start, target, &state, &nums, &res) + return res + } ``` === "JavaScript" @@ -361,9 +405,39 @@ comments: true === "C#" ```csharp title="subset_sum_i.cs" - [class]{subset_sum_i}-[func]{backtrack} + /* 回溯算法:子集和 I */ + void backtrack(List state, int target, int[] choices, int start, List> res) { + // 子集和等于 target 时,记录解 + if (target == 0) { + res.Add(new List(state)); + return; + } + // 遍历所有选择 + // 剪枝二:从 start 开始遍历,避免生成重复子集 + for (int i = start; i < choices.Length; i++) { + // 剪枝一:若子集和超过 target ,则直接结束循环 + // 这是因为数组已排序,后边元素更大,子集和一定超过 target + if (target - choices[i] < 0) { + break; + } + // 尝试:做出选择,更新 target, start + state.Add(choices[i]); + // 进行下一轮选择 + backtrack(state, target - choices[i], choices, i, res); + // 回退:撤销选择,恢复到之前的状态 + state.RemoveAt(state.Count - 1); + } + } - [class]{subset_sum_i}-[func]{subsetSumI} + /* 求解子集和 I */ + List> subsetSumI(int[] nums, int target) { + List state = new List(); // 状态(子集) + Array.Sort(nums); // 对 nums 进行排序 + int start = 0; // 遍历起始点 + List> res = new List>(); // 结果列表(子集列表) + backtrack(state, target, nums, start, res); + return res; + } ``` === "Swift" @@ -542,7 +616,16 @@ comments: true ```go title="subset_sum_ii.go" [class]{}-[func]{backtrackII} - [class]{}-[func]{subsetSumII} + /* 求解子集和 II */ + func subsetSumII(nums []int, target int) [][]int { + s := subsetII{} + state := make([]int, 0) // 状态(子集) + sort.Ints(nums) // 对 nums 进行排序 + start := 0 // 遍历起始点 + res := make([][]int, 0) // 结果列表(子集列表) + s.backtrack(start, target, &state, &nums, &res) + return res + } ``` === "JavaScript" @@ -572,9 +655,44 @@ comments: true === "C#" ```csharp title="subset_sum_ii.cs" - [class]{subset_sum_ii}-[func]{backtrack} + /* 回溯算法:子集和 II */ + void backtrack(List state, int target, int[] choices, int start, List> res) { + // 子集和等于 target 时,记录解 + if (target == 0) { + res.Add(new List(state)); + return; + } + // 遍历所有选择 + // 剪枝二:从 start 开始遍历,避免生成重复子集 + // 剪枝三:从 start 开始遍历,避免重复选择同一元素 + for (int i = start; i < choices.Length; i++) { + // 剪枝一:若子集和超过 target ,则直接结束循环 + // 这是因为数组已排序,后边元素更大,子集和一定超过 target + if (target - choices[i] < 0) { + break; + } + // 剪枝四:如果该元素与左边元素相等,说明该搜索分支重复,直接跳过 + if (i > start && choices[i] == choices[i - 1]) { + continue; + } + // 尝试:做出选择,更新 target, start + state.Add(choices[i]); + // 进行下一轮选择 + backtrack(state, target - choices[i], choices, i + 1, res); + // 回退:撤销选择,恢复到之前的状态 + state.RemoveAt(state.Count - 1); + } + } - [class]{subset_sum_ii}-[func]{subsetSumII} + /* 求解子集和 II */ + List> subsetSumII(int[] nums, int target) { + List state = new List(); // 状态(子集) + Array.Sort(nums); // 对 nums 进行排序 + int start = 0; // 遍历起始点 + List> res = new List>(); // 结果列表(子集列表) + backtrack(state, target, nums, start, res); + return res; + } ``` === "Swift" diff --git a/chapter_computational_complexity/summary.md b/chapter_computational_complexity/summary.md index d3fdd3c33..28860736a 100644 --- a/chapter_computational_complexity/summary.md +++ b/chapter_computational_complexity/summary.md @@ -38,6 +38,8 @@ comments: true 函数(function)可以独立被执行,所有参数都以显式传递。 方法(method)与一个对象关联,方法被隐式传递给调用它的对象,方法能够对类的实例中包含的数据进行操作。 + 因此,C 和 Go 只有函数,Java 和 C# 只有方法,在 C++, Python 中取决于它是否属于一个类。 + !!! question "图片“空间复杂度的常见类型”反映的是否是占用空间的绝对大小?" 不是,该图片展示的是空间复杂度(即增长趋势),而不是占用空间的绝对大小。每个曲线都包含一个常数项,用来把所有曲线的取值范围压缩到一个视觉舒适的范围内。 diff --git a/chapter_graph/graph_operations.md b/chapter_graph/graph_operations.md index 8cdf7e9f9..89ca5d3b5 100644 --- a/chapter_graph/graph_operations.md +++ b/chapter_graph/graph_operations.md @@ -298,7 +298,7 @@ comments: true adjMat [][]int } - /* 构造方法 */ + /* 构造函数 */ func newGraphAdjMat(vertices []int, edges [][]int) *graphAdjMat { // 添加顶点 n := len(vertices) @@ -1113,7 +1113,7 @@ comments: true adjList map[Vertex][]Vertex } - /* 构造方法 */ + /* 构造函数 */ func newGraphAdjList(edges [][]Vertex) *graphAdjList { g := &graphAdjList{ adjList: make(map[Vertex][]Vertex), diff --git a/chapter_hashing/hash_algorithm.md b/chapter_hashing/hash_algorithm.md index cc3ad5025..20b6a9649 100644 --- a/chapter_hashing/hash_algorithm.md +++ b/chapter_hashing/hash_algorithm.md @@ -77,7 +77,6 @@ index = hash(key) % capacity int hash = 0; final int MODULUS = 1000000007; for (char c : key.toCharArray()) { - System.out.println((int)c); hash ^= (int) c; } return hash & MODULUS; @@ -178,13 +177,53 @@ index = hash(key) % capacity === "Go" ```go title="simple_hash.go" - [class]{}-[func]{addHash} + /* 加法哈希 */ + func addHash(key string) int { + var hash int64 + var modulus int64 - [class]{}-[func]{mulHash} + modulus = 1000000007 + for _, b := range []byte(key) { + hash = (hash + int64(b)) % modulus + } + return int(hash) + } - [class]{}-[func]{xorHash} + /* 乘法哈希 */ + func mulHash(key string) int { + var hash int64 + var modulus int64 - [class]{}-[func]{rotHash} + modulus = 1000000007 + for _, b := range []byte(key) { + hash = (31*hash + int64(b)) % modulus + } + return int(hash) + } + + /* 异或哈希 */ + func xorHash(key string) int { + hash := 0 + modulus := 1000000007 + for _, b := range []byte(key) { + fmt.Println(int(b)) + hash ^= int(b) + hash = (31*hash + int(b)) % modulus + } + return hash & modulus + } + + /* 旋转哈希 */ + func rotHash(key string) int { + var hash int64 + var modulus int64 + + modulus = 1000000007 + for _, b := range []byte(key) { + hash = ((hash << 4) ^ (hash >> 28) ^ int64(b)) % modulus + } + return int(hash) + } ``` === "JavaScript" @@ -452,7 +491,29 @@ $$ === "Dart" ```dart title="built_in_hash.dart" - + int num = 3; + int hashNum = num.hashCode; + // 整数 3 的哈希值为 34803 + + bool bol = true; + int hashBol = bol.hashCode; + // 布尔值 true 的哈希值为 1231 + + double dec = 3.14159; + int hashDec = dec.hashCode; + // 小数 3.14159 的哈希值为 2570631074981783 + + String str = "Hello 算法"; + int hashStr = str.hashCode; + // 字符串 Hello 算法 的哈希值为 468167534 + + List arr = [12836, "小哈"]; + int hashArr = arr.hashCode; + // 数组 [12836, 小哈] 的哈希值为 976512528 + + ListNode obj = new ListNode(0); + int hashObj = obj.hashCode; + // 节点对象 Instance of 'ListNode' 的哈希值为 1033450432 ``` 在大多数编程语言中,**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。 diff --git a/chapter_hashing/hash_collision.md b/chapter_hashing/hash_collision.md index 1dfe1b5f0..4bc9e5c49 100644 --- a/chapter_hashing/hash_collision.md +++ b/chapter_hashing/hash_collision.md @@ -372,7 +372,128 @@ comments: true ```go title="hash_map_chaining.go" [class]{pair}-[func]{} - [class]{hashMapChaining}-[func]{} + /* 链式地址哈希表 */ + type hashMapChaining struct { + size int // 键值对数量 + capacity int // 哈希表容量 + loadThres float64 // 触发扩容的负载因子阈值 + extendRatio int // 扩容倍数 + buckets [][]pair // 桶数组 + } + + /* 构造方法 */ + func newHashMapChaining() *hashMapChaining { + buckets := make([][]pair, 4) + for i := 0; i < 4; i++ { + buckets[i] = make([]pair, 0) + } + return &hashMapChaining{ + size: 0, + capacity: 4, + loadThres: 2 / 3.0, + extendRatio: 2, + buckets: buckets, + } + } + + /* 哈希函数 */ + func (m *hashMapChaining) hashFunc(key int) int { + return key % m.capacity + } + + /* 负载因子 */ + func (m *hashMapChaining) loadFactor() float64 { + return float64(m.size / m.capacity) + } + + /* 查询操作 */ + func (m *hashMapChaining) get(key int) string { + idx := m.hashFunc(key) + bucket := m.buckets[idx] + // 遍历桶,若找到 key 则返回对应 val + for _, p := range bucket { + if p.key == key { + return p.val + } + } + // 若未找到 key 则返回空字符串 + return "" + } + + /* 添加操作 */ + func (m *hashMapChaining) put(key int, val string) { + // 当负载因子超过阈值时,执行扩容 + if m.loadFactor() > m.loadThres { + m.extend() + } + idx := m.hashFunc(key) + // 遍历桶,若遇到指定 key ,则更新对应 val 并返回 + for _, p := range m.buckets[idx] { + if p.key == key { + p.val = val + return + } + } + // 若无该 key ,则将键值对添加至尾部 + p := pair{ + key: key, + val: val, + } + m.buckets[idx] = append(m.buckets[idx], p) + m.size += 1 + } + + /* 删除操作 */ + func (m *hashMapChaining) remove(key int) { + idx := m.hashFunc(key) + // 遍历桶,从中删除键值对 + for i, p := range m.buckets[idx] { + if p.key == key { + // 切片删除 + m.buckets[idx] = append(m.buckets[idx][:i], m.buckets[idx][i+1:]...) + break + } + } + m.size -= 1 + } + + /* 扩容哈希表 */ + func (m *hashMapChaining) extend() { + // 暂存原哈希表 + tmpBuckets := make([][]pair, len(m.buckets)) + for i := 0; i < len(m.buckets); i++ { + tmpBuckets[i] = make([]pair, len(m.buckets[i])) + copy(tmpBuckets[i], m.buckets[i]) + } + // 初始化扩容后的新哈希表 + m.capacity *= m.extendRatio + m.buckets = make([][]pair, m.capacity) + for i := 0; i < m.capacity; i++ { + m.buckets[i] = make([]pair, 0) + } + m.size = 0 + // 将键值对从原哈希表搬运至新哈希表 + for _, bucket := range tmpBuckets { + for _, p := range bucket { + m.put(p.key, p.val) + } + } + } + + /* 打印哈希表 */ + func (m *hashMapChaining) print() { + var builder strings.Builder + + for _, bucket := range m.buckets { + builder.WriteString("[") + for _, p := range bucket { + builder.WriteString(strconv.Itoa(p.key) + " -> " + p.val + " ") + } + builder.WriteString("]") + fmt.Println(builder.String()) + builder.Reset() + } + } ``` === "JavaScript" @@ -426,9 +547,111 @@ comments: true === "Dart" ```dart title="hash_map_chaining.dart" - [class]{Pair}-[func]{} + /* 键值对 */ + class Pair { + int key; + String val; + Pair(this.key, this.val); + } - [class]{HashMapChaining}-[func]{} + /* 链式地址哈希表 */ + class HashMapChaining { + late int size; // 键值对数量 + late int capacity; // 哈希表容量 + late double loadThres; // 触发扩容的负载因子阈值 + late int extendRatio; // 扩容倍数 + late List> buckets; // 桶数组 + + /* 构造方法 */ + HashMapChaining() { + size = 0; + capacity = 4; + loadThres = 2 / 3.0; + extendRatio = 2; + buckets = List.generate(capacity, (_) => []); + } + + /* 哈希函数 */ + int hashFunc(int key) { + return key % capacity; + } + + /* 负载因子 */ + double loadFactor() { + return size / capacity; + } + + /* 查询操作 */ + String? get(int key) { + int index = hashFunc(key); + List bucket = buckets[index]; + // 遍历桶,若找到 key 则返回对应 val + for (Pair pair in bucket) { + if (pair.key == key) { + return pair.val; + } + } + // 若未找到 key 则返回 null + return null; + } + + /* 添加操作 */ + void put(int key, String val) { + // 当负载因子超过阈值时,执行扩容 + if (loadFactor() > loadThres) { + extend(); + } + int index = hashFunc(key); + List bucket = buckets[index]; + // 遍历桶,若遇到指定 key ,则更新对应 val 并返回 + for (Pair pair in bucket) { + if (pair.key == key) { + pair.val = val; + return; + } + } + // 若无该 key ,则将键值对添加至尾部 + Pair pair = Pair(key, val); + bucket.add(pair); + size++; + } + + /* 删除操作 */ + void remove(int key) { + int index = hashFunc(key); + List bucket = buckets[index]; + // 遍历桶,从中删除键值对 + bucket.removeWhere((Pair pair) => pair.key == key); + size--; + } + + /* 扩容哈希表 */ + void extend() { + // 暂存原哈希表 + List> bucketsTmp = buckets; + // 初始化扩容后的新哈希表 + capacity *= extendRatio; + buckets = List.generate(capacity, (_) => []); + size = 0; + // 将键值对从原哈希表搬运至新哈希表 + for (List bucket in bucketsTmp) { + for (Pair pair in bucket) { + put(pair.key, pair.val); + } + } + } + + /* 打印哈希表 */ + void printHashMap() { + for (List bucket in buckets) { + List res = []; + for (Pair pair in bucket) { + res.add("${pair.key} -> ${pair.val}"); + } + print(res); + } + } + } ``` !!! tip @@ -836,7 +1059,137 @@ comments: true ```go title="hash_map_open_addressing.go" [class]{pair}-[func]{} - [class]{hashMapOpenAddressing}-[func]{} + /* 链式地址哈希表 */ + type hashMapOpenAddressing struct { + size int // 键值对数量 + capacity int // 哈希表容量 + loadThres float64 // 触发扩容的负载因子阈值 + extendRatio int // 扩容倍数 + buckets []pair // 桶数组 + removed pair // 删除标记 + } + + /* 构造方法 */ + func newHashMapOpenAddressing() *hashMapOpenAddressing { + buckets := make([]pair, 4) + return &hashMapOpenAddressing{ + size: 0, + capacity: 4, + loadThres: 2 / 3.0, + extendRatio: 2, + buckets: buckets, + removed: pair{ + key: -1, + val: "-1", + }, + } + } + + /* 哈希函数 */ + func (m *hashMapOpenAddressing) hashFunc(key int) int { + return key % m.capacity + } + + /* 负载因子 */ + func (m *hashMapOpenAddressing) loadFactor() float64 { + return float64(m.size) / float64(m.capacity) + } + + /* 查询操作 */ + func (m *hashMapOpenAddressing) get(key int) string { + idx := m.hashFunc(key) + // 线性探测,从 index 开始向后遍历 + for i := 0; i < m.capacity; i++ { + // 计算桶索引,越过尾部返回头部 + j := (idx + 1) % m.capacity + // 若遇到空桶,说明无此 key ,则返回 null + if m.buckets[j] == (pair{}) { + return "" + } + // 若遇到指定 key ,则返回对应 val + if m.buckets[j].key == key && m.buckets[j] != m.removed { + return m.buckets[j].val + } + } + // 若未找到 key 则返回空字符串 + return "" + } + + /* 添加操作 */ + func (m *hashMapOpenAddressing) put(key int, val string) { + // 当负载因子超过阈值时,执行扩容 + if m.loadFactor() > m.loadThres { + m.extend() + } + idx := m.hashFunc(key) + // 线性探测,从 index 开始向后遍历 + for i := 0; i < m.capacity; i++ { + // 计算桶索引,越过尾部返回头部 + j := (idx + i) % m.capacity + // 若遇到空桶、或带有删除标记的桶,则将键值对放入该桶 + if m.buckets[j] == (pair{}) || m.buckets[j] == m.removed { + m.buckets[j] = pair{ + key: key, + val: val, + } + m.size += 1 + return + } + // 若遇到指定 key ,则更新对应 val + if m.buckets[j].key == key { + m.buckets[j].val = val + } + } + } + + /* 删除操作 */ + func (m *hashMapOpenAddressing) remove(key int) { + idx := m.hashFunc(key) + // 遍历桶,从中删除键值对 + // 线性探测,从 index 开始向后遍历 + for i := 0; i < m.capacity; i++ { + // 计算桶索引,越过尾部返回头部 + j := (idx + 1) % m.capacity + // 若遇到空桶,说明无此 key ,则直接返回 + if m.buckets[j] == (pair{}) { + return + } + // 若遇到指定 key ,则标记删除并返回 + if m.buckets[j].key == key { + m.buckets[j] = m.removed + m.size -= 1 + } + } + } + + /* 扩容哈希表 */ + func (m *hashMapOpenAddressing) extend() { + // 暂存原哈希表 + tmpBuckets := make([]pair, len(m.buckets)) + copy(tmpBuckets, m.buckets) + + // 初始化扩容后的新哈希表 + m.capacity *= m.extendRatio + m.buckets = make([]pair, m.capacity) + m.size = 0 + // 将键值对从原哈希表搬运至新哈希表 + for _, p := range tmpBuckets { + if p != (pair{}) && p != m.removed { + m.put(p.key, p.val) + } + } + } + + /* 打印哈希表 */ + func (m *hashMapOpenAddressing) print() { + for _, p := range m.buckets { + if p != (pair{}) { + fmt.Println(strconv.Itoa(p.key) + " -> " + p.val) + } else { + fmt.Println("nil") + } + } + } ``` === "JavaScript" @@ -890,9 +1243,130 @@ comments: true === "Dart" ```dart title="hash_map_open_addressing.dart" - [class]{Pair}-[func]{} + /* 键值对 */ + class Pair { + int key; + String val; + Pair(this.key, this.val); + } - [class]{HashMapOpenAddressing}-[func]{} + /* 开放寻址哈希表 */ + class HashMapOpenAddressing { + late int _size; // 键值对数量 + late int _capacity; // 哈希表容量 + late double _loadThres; // 触发扩容的负载因子阈值 + late int _extendRatio; // 扩容倍数 + late List _buckets; // 桶数组 + late Pair _removed; // 删除标记 + + /* 构造方法 */ + HashMapOpenAddressing() { + _size = 0; + _capacity = 4; + _loadThres = 2.0 / 3.0; + _extendRatio = 2; + _buckets = List.generate(_capacity, (index) => null); + _removed = Pair(-1, "-1"); + } + + /* 哈希函数 */ + int hashFunc(int key) { + return key % _capacity; + } + + /* 负载因子 */ + double loadFactor() { + return _size / _capacity; + } + + /* 查询操作 */ + String? get(int key) { + int index = hashFunc(key); + // 线性探测,从 index 开始向后遍历 + for (int i = 0; i < _capacity; i++) { + // 计算桶索引,越过尾部返回头部 + int j = (index + i) % _capacity; + // 若遇到空桶,说明无此 key ,则返回 null + if (_buckets[j] == null) return null; + // 若遇到指定 key ,则返回对应 val + if (_buckets[j]!.key == key && _buckets[j] != _removed) + return _buckets[j]!.val; + } + return null; + } + + /* 添加操作 */ + void put(int key, String val) { + // 当负载因子超过阈值时,执行扩容 + if (loadFactor() > _loadThres) { + extend(); + } + int index = hashFunc(key); + // 线性探测,从 index 开始向后遍历 + for (int i = 0; i < _capacity; i++) { + // 计算桶索引,越过尾部返回头部 + int j = (index + i) % _capacity; + // 若遇到空桶、或带有删除标记的桶,则将键值对放入该桶 + if (_buckets[j] == null || _buckets[j] == _removed) { + _buckets[j] = new Pair(key, val); + _size += 1; + return; + } + // 若遇到指定 key ,则更新对应 val + if (_buckets[j]!.key == key) { + _buckets[j]!.val = val; + return; + } + } + } + + /* 删除操作 */ + void remove(int key) { + int index = hashFunc(key); + // 线性探测,从 index 开始向后遍历 + for (int i = 0; i < _capacity; i++) { + // 计算桶索引,越过尾部返回头部 + int j = (index + i) % _capacity; + // 若遇到空桶,说明无此 key ,则直接返回 + if (_buckets[j] == null) { + return; + } + // 若遇到指定 key ,则标记删除并返回 + if (_buckets[j]!.key == key) { + _buckets[j] = _removed; + _size -= 1; + return; + } + } + } + + /* 扩容哈希表 */ + void extend() { + // 暂存原哈希表 + List bucketsTmp = _buckets; + // 初始化扩容后的新哈希表 + _capacity *= _extendRatio; + _buckets = List.generate(_capacity, (index) => null); + _size = 0; + // 将键值对从原哈希表搬运至新哈希表 + for (Pair? pair in bucketsTmp) { + if (pair != null && pair != _removed) { + put(pair.key, pair.val); + } + } + } + + /* 打印哈希表 */ + void printHashMap() { + for (Pair? pair in _buckets) { + if (pair != null) { + print("${pair.key} -> ${pair.val}"); + } else { + print(null); + } + } + } + } ``` ### 多次哈希 diff --git a/chapter_hashing/hash_map.md b/chapter_hashing/hash_map.md index c284332d6..3ea18ce49 100755 --- a/chapter_hashing/hash_map.md +++ b/chapter_hashing/hash_map.md @@ -1212,7 +1212,7 @@ index = hash(key) % capacity key: usize = undefined, val: []const u8 = undefined, - pub fn init(key: usize, val: []const u8) Pair { + pub fn init(key: usize, val: []const u8) Pair { return Pair { .key = key, .val = val, @@ -1223,25 +1223,25 @@ index = hash(key) % capacity // 基于数组简易实现的哈希表 fn ArrayHashMap(comptime T: type) type { return struct { - buckets: ?std.ArrayList(?T) = null, + bucket: ?std.ArrayList(?T) = null, mem_allocator: std.mem.Allocator = undefined, const Self = @This(); - // 构造方法 + // 构造函数 pub fn init(self: *Self, allocator: std.mem.Allocator) !void { self.mem_allocator = allocator; - // 初始化数组,包含 100 个桶 - self.buckets = std.ArrayList(?T).init(self.mem_allocator); + // 初始化一个长度为 100 的桶(数组) + self.bucket = std.ArrayList(?T).init(self.mem_allocator); var i: i32 = 0; while (i < 100) : (i += 1) { - try self.buckets.?.append(null); + try self.bucket.?.append(null); } } - // 析构方法 + // 析构函数 pub fn deinit(self: *Self) void { - if (self.buckets != null) self.buckets.?.deinit(); + if (self.bucket != null) self.bucket.?.deinit(); } // 哈希函数 @@ -1253,7 +1253,7 @@ index = hash(key) % capacity // 查询操作 pub fn get(self: *Self, key: usize) []const u8 { var index = hashFunc(key); - var pair = self.buckets.?.items[index]; + var pair = self.bucket.?.items[index]; return pair.?.val; } @@ -1261,44 +1261,44 @@ index = hash(key) % capacity pub fn put(self: *Self, key: usize, val: []const u8) !void { var pair = Pair.init(key, val); var index = hashFunc(key); - self.buckets.?.items[index] = pair; + self.bucket.?.items[index] = pair; } // 删除操作 pub fn remove(self: *Self, key: usize) !void { var index = hashFunc(key); // 置为 null ,代表删除 - self.buckets.?.items[index] = null; + self.bucket.?.items[index] = null; } // 获取所有键值对 - pub fn pairSet(self: *Self) !*std.ArrayList(T) { + pub fn pairSet(self: *Self) !std.ArrayList(T) { var entry_set = std.ArrayList(T).init(self.mem_allocator); - for (self.buckets.?.items) |item| { + for (self.bucket.?.items) |item| { if (item == null) continue; try entry_set.append(item.?); } - return &entry_set; + return entry_set; } // 获取所有键 - pub fn keySet(self: *Self) !*std.ArrayList(usize) { + pub fn keySet(self: *Self) !std.ArrayList(usize) { var key_set = std.ArrayList(usize).init(self.mem_allocator); - for (self.buckets.?.items) |item| { + for (self.bucket.?.items) |item| { if (item == null) continue; try key_set.append(item.?.key); } - return &key_set; + return key_set; } // 获取所有值 - pub fn valueSet(self: *Self) !*std.ArrayList([]const u8) { + pub fn valueSet(self: *Self) !std.ArrayList([]const u8) { var value_set = std.ArrayList([]const u8).init(self.mem_allocator); - for (self.buckets.?.items) |item| { + for (self.bucket.?.items) |item| { if (item == null) continue; try value_set.append(item.?.val); } - return &value_set; + return value_set; } // 打印哈希表 @@ -1405,7 +1405,7 @@ index = hash(key) % capacity ## 6.1.3.   哈希冲突与扩容 -本质上看,哈希函数的作用是黄输入空间(`key` 范围)映射到输出空间(数组索引范围),而输入空间往往远大于输出空间。因此,**理论上一定存在“多个输入对应相同输出”的情况**。 +本质上看,哈希函数的作用是将输入空间(`key` 范围)映射到输出空间(数组索引范围),而输入空间往往远大于输出空间。因此,**理论上一定存在“多个输入对应相同输出”的情况**。 对于上述示例中的哈希函数,当输入的 `key` 后两位相同时,哈希函数的输出结果也相同。例如,查询学号为 12836 和 20336 的两个学生时,我们得到: diff --git a/chapter_hashing/summary.md b/chapter_hashing/summary.md index f39009dbf..b3eb0525c 100644 --- a/chapter_hashing/summary.md +++ b/chapter_hashing/summary.md @@ -17,3 +17,33 @@ comments: true - 哈希算法通常采用大质数作为模数,以最大化地保证哈希值的均匀分布,减少哈希冲突。 - 常见的哈希算法包括 MD5, SHA-1, SHA-2, SHA3 等。MD5 常用语校验文件完整性,SHA-2 常用于安全应用与协议。 - 编程语言通常会为数据类型提供内置哈希算法,用于计算哈希表中的桶索引。通常情况下,只有不可变对象是可哈希的。 + +## 6.4.1.   Q & A + +!!! question "哈希表的时间复杂度为什么不是 $O(n)$ ?" + + 当哈希冲突比较严重时,哈希表的时间复杂度会退化至 $O(n)$ 。当哈希函数设计的比较好、容量设置比较合理、冲突比较平均时,时间复杂度是 $O(1)$ 。我们使用编程语言内置的哈希表时,通常认为时间复杂度是 $O(1)$ 。 + +!!! question "为什么不使用哈希函数 $f(x) = x$ 呢?这样就不会有冲突了" + + 在 $f(x) = x$ 哈希函数下,每个元素对应唯一的桶索引,这与数组等价。然而,输入空间通常远大于输出空间(数组长度),因此哈希函数的最后一步往往是对数组长度取模。换句话说,哈希表的目标是将一个较大的状态空间映射到一个较小的空间,并提供 $O(1)$ 的查询效率。 + +!!! question "哈希表底层实现是数组、链表、二叉树,但为什么效率可以比他们更高呢?" + + 首先,哈希表的时间效率变高,但空间效率变低了。哈希表有相当一部分的内存是未使用的, + + 其次,只是在特定使用场景下时间效率变高了。如果一个功能能够在相同的时间复杂度下使用数组或链表实现,那么通常比哈希表更快。这是因为哈希函数计算需要开销,时间复杂度的常数项更大。 + + 最后,哈希表的时间复杂度可能发生劣化。例如在链式地址中,我们采取在链表或红黑树中执行查找操作,仍然有退化至 $O(n)$ 时间的风险。 + +!!! question "多次哈希有不能直接删除元素的缺陷吗?对于标记已删除的空间,这个空间还能再次使用吗?" + + 多次哈希是开放寻址的一种,开放寻址法都有不能直接删除元素的缺陷,需要通过标记删除。被标记为已删除的空间是可以再次被使用的。当将新元素插入哈希表,并且通过哈希函数找到了被标记为已删除的位置时,该位置可以被新的元素使用。这样做既能保持哈希表的探测序列不变,又能保证哈希表的空间使用率。 + +!!! question "为什么在线性探测中,查找元素的时候会出现哈希冲突呢?" + + 查找的时候通过哈希函数找到对应的桶和键值对,发现 `key` 不匹配,这就代表有哈希冲突。因此,线性探测法会根据预先设定的步长依次向下查找,直至找到正确的键值对或无法找到跳出为止。 + +!!! question "为什么哈希表扩容能够缓解哈希冲突?" + + 哈希函数的最后一步往往是对数组长度 $n$ 取余,让输出值落入在数组索引范围;在扩容后,数组长度 $n$ 发生变化,而 `key` 对应的索引也可能发生变化。原先落在同一个桶的多个 `key` ,在扩容后可能会被分配到多个桶中,从而实现哈希冲突的缓解。 diff --git a/chapter_heap/build_heap.md b/chapter_heap/build_heap.md index 46a7658a7..e38a3fe4a 100644 --- a/chapter_heap/build_heap.md +++ b/chapter_heap/build_heap.md @@ -59,7 +59,7 @@ comments: true === "Go" ```go title="my_heap.go" - /* 构造方法,根据切片建堆 */ + /* 构造函数,根据切片建堆 */ func newMaxHeap(nums []any) *maxHeap { // 将列表元素原封不动添加进堆 h := &maxHeap{data: nums} diff --git a/chapter_heap/summary.md b/chapter_heap/summary.md index 2d9f43592..34fd87663 100644 --- a/chapter_heap/summary.md +++ b/chapter_heap/summary.md @@ -10,3 +10,10 @@ comments: true - 完全二叉树非常适合用数组表示,因此我们通常使用数组来存储堆。 - 堆化操作用于维护堆的性质,在入堆和出堆操作中都会用到。 - 输入 $n$ 个元素并建堆的时间复杂度可以优化至 $O(n)$ ,非常高效。 +- Top-K 是一个经典算法问题,可以使用堆数据结构高效解决,时间复杂度为 $O(n \log k)$ 。 + +## 8.4.1.   Q & A + +!!! question "数据结构的“堆”与内存管理的“堆”是同一个概念吗?" + + 两者不是同一个概念,只是碰巧都叫堆。计算机系统内存中的堆是动态内存分配的一部分,程序在运行时可以使用它来存储数据。程序可以请求一定量的堆内存,用于存储如对象和数组等复杂结构。当这些数据不再需要时,程序需要释放这些内存,以防止内存泄露。相较于栈内存,堆内存的管理和使用需要更谨慎,不恰当的使用可能会导致内存泄露和野指针等问题。 diff --git a/chapter_sorting/radix_sort.md b/chapter_sorting/radix_sort.md index 78205055e..731e28469 100644 --- a/chapter_sorting/radix_sort.md +++ b/chapter_sorting/radix_sort.md @@ -535,7 +535,7 @@ $$ // defer mem_arena.deinit(); const mem_allocator = mem_arena.allocator(); var counter = try mem_allocator.alloc(usize, 10); - std.mem.set(usize, counter, 0); + @memset(counter, 0); var n = nums.len; // 统计 0~9 各数字的出现次数 for (nums) |num| { diff --git a/chapter_sorting/summary.md b/chapter_sorting/summary.md index 7284545ff..1e0f0af86 100644 --- a/chapter_sorting/summary.md +++ b/chapter_sorting/summary.md @@ -20,6 +20,14 @@ comments: true ## 11.11.1.   Q & A +!!! question "排序算法稳定性在什么情况下是必须的?" + + 在现实中,我们有可能是在对象的某个属性上进行排序。例如,学生有姓名和身高两个属性,我们希望实现一个多级排序/ + + 先按照姓名进行排序,得到 `(A, 180) (B, 185) (C, 170) (D, 170)` ;接下来对身高进行排序。由于排序算法不稳定,我们可能得到 `(D, 170) (C, 170) (A, 180) (B, 185)` 。 + + 可以发现,学生 D 和 C 的位置发生了交换,姓名的有序性被破坏了,而这是我们不希望看到的。 + !!! question "哨兵划分中“从右往左查找”与“从左往右查找”的顺序可以交换吗?" 不行,当我们以最左端元素为基准数时,必须先“从右往左查找”再“从左往右查找”。这个结论有些反直觉,我们来剖析一下原因。 @@ -29,3 +37,13 @@ comments: true 举个例子,给定数组 `[0, 0, 0, 0, 1]` ,如果先“从左向右查找”,哨兵划分后数组为 `[1, 0, 0, 0, 0]` ,这个结果是不正确的。 再深入思考一下,如果我们选择 `nums[right]` 为基准数,那么正好反过来,必须先“从左往右查找”。 + +!!! question "关于尾递归优化,为什么选短的数组能保证递归深度不超过 $log n$ ?" + + 递归深度就是当前未返回的递归方法的数量。每轮哨兵划分我们将原数组划分为两个子数组。在尾递归优化后,向下递归的子数组长度最大为原数组的一半长度。假设最差情况,一直为一半长度,那么最终的递归深度就是 $log n$ 。 + + 回顾原始的快速排序,我们有可能会连续地递归长度较大的数组,最差情况下为 $n, n - 1, n - 2, ..., 2, 1$ ,从而递归深度为 $n$ 。尾递归优化可以避免这种情况的出现。 + +!!! question "桶排序的最差时间复杂度为什么是 $O(n^2)$ ?" + + 最差情况下,所有元素被分至同一个桶中。如果我们采用一个 $O(n^2)$ 算法来排序这些元素,则时间复杂度为 $O(n^2)$ 。 diff --git a/chapter_stack_and_queue/deque.md b/chapter_stack_and_queue/deque.md index 478a63f54..218b8f8c0 100644 --- a/chapter_stack_and_queue/deque.md +++ b/chapter_stack_and_queue/deque.md @@ -1537,7 +1537,7 @@ comments: true mem_arena: ?std.heap.ArenaAllocator = null, mem_allocator: std.mem.Allocator = undefined, // 内存分配器 - // 构造方法(分配内存+初始化队列) + // 构造函数(分配内存+初始化队列) pub fn init(self: *Self, allocator: std.mem.Allocator) !void { if (self.mem_arena == null) { self.mem_arena = std.heap.ArenaAllocator.init(allocator); @@ -1548,7 +1548,7 @@ comments: true self.que_size = 0; } - // 析构方法(释放内存) + // 析构函数(释放内存) pub fn deinit(self: *Self) void { if (self.mem_arena == null) return; self.mem_arena.?.deinit(); @@ -1653,7 +1653,7 @@ comments: true pub fn toArray(self: *Self) ![]T { var node = self.front; var res = try self.mem_allocator.alloc(T, self.size()); - std.mem.set(T, res, @as(T, 0)); + @memset(res, @as(T, 0)); var i: usize = 0; while (i < res.len) : (i += 1) { res[i] = node.?.val; diff --git a/chapter_stack_and_queue/queue.md b/chapter_stack_and_queue/queue.md index fa0f142aa..05bdc92df 100755 --- a/chapter_stack_and_queue/queue.md +++ b/chapter_stack_and_queue/queue.md @@ -941,11 +941,11 @@ comments: true front: ?*inc.ListNode(T) = null, // 头节点 front rear: ?*inc.ListNode(T) = null, // 尾节点 rear - que_size: usize = 0, // 队列的长度 + que_size: usize = 0, // 队列的长度 mem_arena: ?std.heap.ArenaAllocator = null, mem_allocator: std.mem.Allocator = undefined, // 内存分配器 - // 构造方法(分配内存+初始化队列) + // 构造函数(分配内存+初始化队列) pub fn init(self: *Self, allocator: std.mem.Allocator) !void { if (self.mem_arena == null) { self.mem_arena = std.heap.ArenaAllocator.init(allocator); @@ -956,7 +956,7 @@ comments: true self.que_size = 0; } - // 析构方法(释放内存) + // 析构函数(释放内存) pub fn deinit(self: *Self) void { if (self.mem_arena == null) return; self.mem_arena.?.deinit(); @@ -1008,7 +1008,7 @@ comments: true pub fn toArray(self: *Self) ![]T { var node = self.front; var res = try self.mem_allocator.alloc(T, self.size()); - std.mem.set(T, res, @as(T, 0)); + @memset(res, @as(T, 0)); var i: usize = 0; while (i < res.len) : (i += 1) { res[i] = node.?.val; @@ -1775,11 +1775,11 @@ comments: true nums: []T = undefined, // 用于存储队列元素的数组 cap: usize = 0, // 队列容量 front: usize = 0, // 队首指针,指向队首元素 - que_size: usize = 0, // 尾指针,指向队尾 + 1 + queSize: usize = 0, // 尾指针,指向队尾 + 1 mem_arena: ?std.heap.ArenaAllocator = null, mem_allocator: std.mem.Allocator = undefined, // 内存分配器 - // 构造方法(分配内存+初始化数组) + // 构造函数(分配内存+初始化数组) pub fn init(self: *Self, allocator: std.mem.Allocator, cap: usize) !void { if (self.mem_arena == null) { self.mem_arena = std.heap.ArenaAllocator.init(allocator); @@ -1787,10 +1787,10 @@ comments: true } self.cap = cap; self.nums = try self.mem_allocator.alloc(T, self.cap); - std.mem.set(T, self.nums, @as(T, 0)); + @memset(self.nums, @as(T, 0)); } - // 析构方法(释放内存) + // 析构函数(释放内存) pub fn deinit(self: *Self) void { if (self.mem_arena == null) return; self.mem_arena.?.deinit(); @@ -1803,12 +1803,12 @@ comments: true // 获取队列的长度 pub fn size(self: *Self) usize { - return self.que_size; + return self.queSize; } // 判断队列是否为空 pub fn isEmpty(self: *Self) bool { - return self.que_size == 0; + return self.queSize == 0; } // 入队 @@ -1819,10 +1819,10 @@ comments: true } // 计算尾指针,指向队尾索引 + 1 // 通过取余操作,实现 rear 越过数组尾部后回到头部 - var rear = (self.front + self.que_size) % self.capacity(); - // 将 num 添加至队尾 + var rear = (self.front + self.queSize) % self.capacity(); + // 尾节点后添加 num self.nums[rear] = num; - self.que_size += 1; + self.queSize += 1; } // 出队 @@ -1830,7 +1830,7 @@ comments: true var num = self.peek(); // 队首指针向后移动一位,若越过尾部则返回到数组头部 self.front = (self.front + 1) % self.capacity(); - self.que_size -= 1; + self.queSize -= 1; return num; } @@ -1844,7 +1844,7 @@ comments: true pub fn toArray(self: *Self) ![]T { // 仅转换有效长度范围内的列表元素 var res = try self.mem_allocator.alloc(T, self.size()); - std.mem.set(T, res, @as(T, 0)); + @memset(res, @as(T, 0)); var i: usize = 0; var j: usize = self.front; while (i < self.size()) : ({ i += 1; j += 1; }) { diff --git a/chapter_stack_and_queue/stack.md b/chapter_stack_and_queue/stack.md index 0cb41c792..04856a808 100755 --- a/chapter_stack_and_queue/stack.md +++ b/chapter_stack_and_queue/stack.md @@ -862,9 +862,9 @@ comments: true stack_top: ?*inc.ListNode(T) = null, // 将头节点作为栈顶 stk_size: usize = 0, // 栈的长度 mem_arena: ?std.heap.ArenaAllocator = null, - mem_allocator: std.mem.Allocator = undefined, // 内存分配器 + mem_allocator: std.mem.Allocator = undefined, // 内存分配器 - // 构造方法(分配内存+初始化栈) + // 构造函数(分配内存+初始化栈) pub fn init(self: *Self, allocator: std.mem.Allocator) !void { if (self.mem_arena == null) { self.mem_arena = std.heap.ArenaAllocator.init(allocator); @@ -874,7 +874,7 @@ comments: true self.stk_size = 0; } - // 析构方法(释放内存) + // 析构函数(释放内存) pub fn deinit(self: *Self) void { if (self.mem_arena == null) return; self.mem_arena.?.deinit(); @@ -917,7 +917,7 @@ comments: true pub fn toArray(self: *Self) ![]T { var node = self.stack_top; var res = try self.mem_allocator.alloc(T, self.size()); - std.mem.set(T, res, @as(T, 0)); + @memset(res, @as(T, 0)); var i: usize = 0; while (i < res.len) : (i += 1) { res[res.len - i - 1] = node.?.val; diff --git a/chapter_tree/avl_tree.md b/chapter_tree/avl_tree.md index 709c90c46..0686ce1e1 100644 --- a/chapter_tree/avl_tree.md +++ b/chapter_tree/avl_tree.md @@ -1478,7 +1478,7 @@ AVL 树的特点在于「旋转 Rotation」操作,它能够在不影响二叉 t.root = t.insertHelper(t.root, val) } - /* 递归插入节点(辅助方法) */ + /* 递归插入节点(辅助函数) */ func (t *aVLTree) insertHelper(node *TreeNode, val int) *TreeNode { if node == nil { return NewTreeNode(val) @@ -1560,7 +1560,7 @@ AVL 树的特点在于「旋转 Rotation」操作,它能够在不影响二叉 tree->root = insertHelper(tree->root, val); } - /* 递归插入节点(辅助方法) */ + /* 递归插入节点(辅助函数) */ TreeNode *insertHelper(TreeNode *node, int val) { if (node == NULL) { return newTreeNode(val); @@ -1644,8 +1644,8 @@ AVL 树的特点在于「旋转 Rotation」操作,它能够在不影响二叉 ```zig title="avl_tree.zig" // 插入节点 - fn insert(self: *Self, val: T) void { - self.root = try self.insertHelper(self.root, val); + fn insert(self: *Self, val: T) !void { + self.root = (try self.insertHelper(self.root, val)).?; } // 递归插入节点(辅助方法) @@ -1841,7 +1841,7 @@ AVL 树的特点在于「旋转 Rotation」操作,它能够在不影响二叉 t.root = t.removeHelper(t.root, val) } - /* 递归删除节点(辅助方法) */ + /* 递归删除节点(辅助函数) */ func (t *aVLTree) removeHelper(node *TreeNode, val int) *TreeNode { if node == nil { return nil @@ -1976,7 +1976,7 @@ AVL 树的特点在于「旋转 Rotation」操作,它能够在不影响二叉 TreeNode *root = removeHelper(tree->root, val); } - /* 递归删除节点(辅助方法) */ + /* 递归删除节点(辅助函数) */ TreeNode *removeHelper(TreeNode *node, int val) { TreeNode *child, *grandChild; if (node == NULL) { @@ -2117,7 +2117,7 @@ AVL 树的特点在于「旋转 Rotation」操作,它能够在不影响二叉 ```zig title="avl_tree.zig" // 删除节点 fn remove(self: *Self, val: T) void { - self.root = self.removeHelper(self.root, val); + self.root = self.removeHelper(self.root, val).?; } // 递归删除节点(辅助方法) diff --git a/chapter_tree/binary_search_tree.md b/chapter_tree/binary_search_tree.md index 51e66d0f4..2a2868c7e 100755 --- a/chapter_tree/binary_search_tree.md +++ b/chapter_tree/binary_search_tree.md @@ -622,23 +622,22 @@ comments: true 与插入节点类似,我们需要在删除操作后维持二叉搜索树的“左子树 < 根节点 < 右子树”的性质。首先,我们需要在二叉树中执行查找操作,获取待删除节点。接下来,根据待删除节点的子节点数量,删除操作需分为三种情况: -当待删除节点的子节点数量 $= 0$ 时,表示待删除节点是叶节点,可以直接删除。 +当待删除节点的度为 $0$ 时,表示待删除节点是叶节点,可以直接删除。 ![在二叉搜索树中删除节点(度为 0)](binary_search_tree.assets/bst_remove_case1.png)

Fig. 在二叉搜索树中删除节点(度为 0)

-当待删除节点的子节点数量 $= 1$ 时,将待删除节点替换为其子节点即可。 +当待删除节点的度为 $1$ 时,将待删除节点替换为其子节点即可。 ![在二叉搜索树中删除节点(度为 1)](binary_search_tree.assets/bst_remove_case2.png)

Fig. 在二叉搜索树中删除节点(度为 1)

-当待删除节点的子节点数量 $= 2$ 时,删除操作分为三步: +当待删除节点的度为 $2$ 时,我们无法直接删除它,而需要使用一个节点替换该节点。由于要保持二叉搜索树“左 $<$ 根 $<$ 右”的性质,因此这个节点可以是右子树的最小节点或左子树的最大节点。假设我们选择右子树的最小节点(或者称为中序遍历的下个节点),则删除操作为: 1. 找到待删除节点在“中序遍历序列”中的下一个节点,记为 `tmp` ; -2. 在树中递归删除节点 `tmp` ; -3. 用 `tmp` 的值覆盖待删除节点的值; +2. 将 `tmp` 的值覆盖待删除节点的值,并在树中递归删除节点 `tmp` ; === "<1>" ![二叉搜索树删除节点示例](binary_search_tree.assets/bst_remove_case3_step1.png) @@ -1167,7 +1166,7 @@ comments: true ```zig title="binary_search_tree.zig" // 删除节点 - fn remove(self: *Self, num: T) !void { + fn remove(self: *Self, num: T) void { // 若树为空,直接提前返回 if (self.root == null) return; var cur = self.root; @@ -1204,11 +1203,11 @@ comments: true while (tmp.?.left != null) { tmp = tmp.?.left; } - var tmpVal = tmp.?.val; + var tmp_val = tmp.?.val; // 递归删除节点 tmp - _ = self.remove(tmp.?.val); + self.remove(tmp.?.val); // 用 tmp 覆盖 cur - cur.?.val = tmpVal; + cur.?.val = tmp_val; } } ``` diff --git a/chapter_tree/summary.md b/chapter_tree/summary.md index 76ca5f9f4..1c993ad8a 100644 --- a/chapter_tree/summary.md +++ b/chapter_tree/summary.md @@ -15,3 +15,25 @@ comments: true - 二叉搜索树是一种高效的元素查找数据结构,其查找、插入和删除操作的时间复杂度均为 $O(\log n)$ 。当二叉搜索树退化为链表时,各项时间复杂度会劣化至 $O(n)$ 。 - AVL 树,也称为平衡二叉搜索树,它通过旋转操作,确保在不断插入和删除节点后,树仍然保持平衡。 - AVL 树的旋转操作包括右旋、左旋、先右旋再左旋、先左旋再右旋。在插入或删除节点后,AVL 树会从底向顶执行旋转操作,使树重新恢复平衡。 + +## 7.6.1.   Q & A + +!!! question "对于只有一个节点的二叉树,树的高度和根节点的深度都是 $0$ 吗?" + + 是的,因为高度和深度通常定义为“走过边的数量”。 + +!!! question "二叉树中的插入与删除一般都是由一套操作配合完成的,这里的“一套操作”指什么呢?可以理解为资源的子节点的资源释放吗?" + + 拿二叉搜索树来举例,删除节点操作要分为三种情况处理,其中每种情况都需要进行多个步骤的节点操作。 + +!!! question "为什么 DFS 遍历二叉树有前、中、后三种顺序,分别有什么用呢?" + + DFS 的前、中、后序遍历和访问数组的顺序类似,是遍历二叉树的基本方法,利用这三种遍历方法,我们可以得到一个特定顺序的遍历结果。例如在二叉搜索树中,由于结点大小满足 `左子结点值 < 根结点值 < 右子结点值` ,因此我们只要按照 `左->根->右` 的优先级遍历树,就可以获得有序的节点序列。 + +!!! question "右旋操作是处理失衡节点 `node` , `child` , `grand_child` 之间的关系,那 `node` 的父节点和 `node` 原来的连接不需要维护吗?右旋操作后岂不是断掉了?" + + 我们需要从递归的视角来看这个问题。右旋操作 `right_rotate(root)` 传入的是子树的根节点,最终 `return child` 返回旋转之后的子树的根节点。子树的根节点和其父节点的连接是在该函数返回后完成的,不属于右旋操作的维护范围。 + +!!! question "在 C++ 中,函数被划分到 `private` 和 `public` 中,这方面有什么考量吗?为什么要将 `height()` 函数和 `updateHeight()` 函数分别放在 `public` 和 `private` 中呢?" + + 主要看方法的使用范围,如果方法只在类内部使用,那么就设计为 `private` 。例如,用户单独调用 `updateHeight()` 是没有意义的,它只是插入、删除操作中的一步。而 `height()` 是访问结点高度,类似于 `vector.size()` ,因此设置成 `public` 以便使用。