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e4e6cd6bae
19 changed files with 836 additions and 105 deletions
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@ -433,7 +433,7 @@ elementAddr = firtstElementAddr + elementLength * elementIndex
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|||
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
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||||
var res = try mem_allocator.alloc(i32, nums.len + enlarge);
|
||||
std.mem.set(i32, res, 0);
|
||||
@memset(res, 0);
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||||
// 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
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@ -1077,7 +1077,7 @@ elementAddr = firtstElementAddr + elementLength * elementIndex
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```zig title="array.zig"
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// 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;
|
||||
|
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@ -1093,7 +1093,7 @@ comments: true
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|||
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
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|||
const Self = @This();
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||||
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||||
nums: []T = undefined, // 数组(存储列表元素)
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||||
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
|
||||
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||||
// 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)
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||||
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();
|
||||
}
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||||
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();
|
||||
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@ -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;
|
||||
}
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||||
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||||
// 获取列表容量
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||||
pub fn capacity(self: *Self) usize {
|
||||
return self.nums_capacity;
|
||||
return self.numsCapacity;
|
||||
}
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||||
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||||
// 访问元素
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||||
|
@ -1768,7 +1768,7 @@ comments: true
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|||
if (self.size() == self.capacity()) try self.extendCapacity();
|
||||
self.nums[self.size()] = num;
|
||||
// 更新元素数量
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||||
self.num_size += 1;
|
||||
self.numSize += 1;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 中间插入元素
|
||||
|
@ -1783,7 +1783,7 @@ comments: true
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|||
}
|
||||
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
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|||
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;
|
||||
}
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||||
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||||
// 列表扩容
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||||
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;
|
||||
|
|
|
@ -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<int> state, int target, int total, int[] choices, List<List<int>> res) {
|
||||
// 子集和等于 target 时,记录解
|
||||
if (total == target) {
|
||||
res.Add(new List<int>(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<List<int>> subsetSumINaive(int[] nums, int target) {
|
||||
List<int> state = new List<int>(); // 状态(子集)
|
||||
int total = 0; // 子集和
|
||||
List<List<int>> res = new List<List<int>>(); // 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<int> state, int target, int[] choices, int start, List<List<int>> res) {
|
||||
// 子集和等于 target 时,记录解
|
||||
if (target == 0) {
|
||||
res.Add(new List<int>(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<List<int>> subsetSumI(int[] nums, int target) {
|
||||
List<int> state = new List<int>(); // 状态(子集)
|
||||
Array.Sort(nums); // 对 nums 进行排序
|
||||
int start = 0; // 遍历起始点
|
||||
List<List<int>> res = new List<List<int>>(); // 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<int> state, int target, int[] choices, int start, List<List<int>> res) {
|
||||
// 子集和等于 target 时,记录解
|
||||
if (target == 0) {
|
||||
res.Add(new List<int>(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<List<int>> subsetSumII(int[] nums, int target) {
|
||||
List<int> state = new List<int>(); // 状态(子集)
|
||||
Array.Sort(nums); // 对 nums 进行排序
|
||||
int start = 0; // 遍历起始点
|
||||
List<List<int>> res = new List<List<int>>(); // 结果列表(子集列表)
|
||||
backtrack(state, target, nums, start, res);
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
|
|
@ -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。
|
||||
|
|
|
@ -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),
|
||||
|
|
|
@ -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。
|
||||
|
|
|
@ -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<List<Pair>> 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<Pair> 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<Pair> 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<Pair> 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<List<Pair>> 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<Pair> bucket in bucketsTmp) {
|
||||
for (Pair pair in bucket) {
|
||||
put(pair.key, pair.val);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 打印哈希表 */
|
||||
void printHashMap() {
|
||||
for (List<Pair> bucket in buckets) {
|
||||
List<String> 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<Pair?> _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<Pair?> 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
|
||||
|
|
|
@ -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 {
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||||
self.mem_allocator = allocator;
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||||
// 初始化数组,包含 100 个桶
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||||
self.buckets = std.ArrayList(?T).init(self.mem_allocator);
|
||||
// 初始化一个长度为 100 的桶(数组)
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||||
self.bucket = std.ArrayList(?T).init(self.mem_allocator);
|
||||
var i: i32 = 0;
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||||
while (i < 100) : (i += 1) {
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||||
try self.buckets.?.append(null);
|
||||
try self.bucket.?.append(null);
|
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}
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||||
}
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||||
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||||
// 析构方法
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||||
// 析构函数
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||||
pub fn deinit(self: *Self) void {
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||||
if (self.buckets != null) self.buckets.?.deinit();
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||||
if (self.bucket != null) self.bucket.?.deinit();
|
||||
}
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||||
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||||
// 哈希函数
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@ -1253,7 +1253,7 @@ index = hash(key) % capacity
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// 查询操作
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pub fn get(self: *Self, key: usize) []const u8 {
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||||
var index = hashFunc(key);
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var pair = self.buckets.?.items[index];
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||||
var pair = self.bucket.?.items[index];
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||||
return pair.?.val;
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||||
}
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||||
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||||
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@ -1261,44 +1261,44 @@ index = hash(key) % capacity
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|||
pub fn put(self: *Self, key: usize, val: []const u8) !void {
|
||||
var pair = Pair.init(key, val);
|
||||
var index = hashFunc(key);
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||||
self.buckets.?.items[index] = pair;
|
||||
self.bucket.?.items[index] = pair;
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||||
}
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// 删除操作
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||||
pub fn remove(self: *Self, key: usize) !void {
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||||
var index = hashFunc(key);
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// 置为 null ,代表删除
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self.buckets.?.items[index] = null;
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||||
self.bucket.?.items[index] = null;
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}
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// 获取所有键值对
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pub fn pairSet(self: *Self) !*std.ArrayList(T) {
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||||
pub fn pairSet(self: *Self) !std.ArrayList(T) {
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||||
var entry_set = std.ArrayList(T).init(self.mem_allocator);
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||||
for (self.buckets.?.items) |item| {
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||||
for (self.bucket.?.items) |item| {
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||||
if (item == null) continue;
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||||
try entry_set.append(item.?);
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}
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||||
return &entry_set;
|
||||
return entry_set;
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}
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||||
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||||
// 获取所有键
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||||
pub fn keySet(self: *Self) !*std.ArrayList(usize) {
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||||
pub fn keySet(self: *Self) !std.ArrayList(usize) {
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||||
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);
|
||||
}
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||||
return &key_set;
|
||||
return key_set;
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||||
}
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||||
// 获取所有值
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||||
pub fn valueSet(self: *Self) !*std.ArrayList([]const u8) {
|
||||
pub fn valueSet(self: *Self) !std.ArrayList([]const u8) {
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||||
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);
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||||
}
|
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return &value_set;
|
||||
return value_set;
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}
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// 打印哈希表
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@ -1405,7 +1405,7 @@ index = hash(key) % capacity
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## 6.1.3. 哈希冲突与扩容
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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**。
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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**。
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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:
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@ -17,3 +17,33 @@ comments: true
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- 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。
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- 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。
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- 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。
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## 6.4.1. Q & A
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!!! question "哈希表的时间复杂度为什么不是 $O(n)$ ?"
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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)$ 。
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!!! question "为什么不使用哈希函数 $f(x) = x$ 呢?这样就不会有冲突了"
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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。
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!!! 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?"
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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,
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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。
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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。
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!!! 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?"
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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。
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!!! 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?"
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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。
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!!! question "为什么哈希表扩容能够缓解哈希冲突?"
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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。
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@ -59,7 +59,7 @@ comments: true
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=== "Go"
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```go title="my_heap.go"
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/* 构造方法,根据切片建堆 */
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||||
/* 构造函数,根据切片建堆 */
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||||
func newMaxHeap(nums []any) *maxHeap {
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||||
// 将列表元素原封不动添加进堆
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||||
h := &maxHeap{data: nums}
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@ -10,3 +10,10 @@ comments: true
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- 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。
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||||
- 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。
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||||
- 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。
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||||
- 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)$ 。
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## 8.4.1. Q & A
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!!! question "数据结构的“堆”与内存管理的“堆”是同一个概念吗?"
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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。
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@ -535,7 +535,7 @@ $$
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// defer mem_arena.deinit();
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const mem_allocator = mem_arena.allocator();
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var counter = try mem_allocator.alloc(usize, 10);
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||||
std.mem.set(usize, counter, 0);
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||||
@memset(counter, 0);
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var n = nums.len;
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||||
// 统计 0~9 各数字的出现次数
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||||
for (nums) |num| {
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@ -20,6 +20,14 @@ comments: true
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## 11.11.1. Q & A
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!!! question "排序算法稳定性在什么情况下是必须的?"
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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/
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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)` 。
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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。
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!!! 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?"
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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。
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@ -29,3 +37,13 @@ comments: true
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|||
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。
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||||
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”。
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!!! 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 $log n$ ?"
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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 $log n$ 。
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||||
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。
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!!! question "桶排序的最差时间复杂度为什么是 $O(n^2)$ ?"
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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 $O(n^2)$ 。
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@ -1537,7 +1537,7 @@ comments: true
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|||
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;
|
||||
|
|
|
@ -945,7 +945,7 @@ 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);
|
||||
|
@ -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
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||||
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
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||||
pub fn size(self: *Self) usize {
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||||
return self.que_size;
|
||||
return self.queSize;
|
||||
}
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||||
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||||
// 判断队列是否为空
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||||
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; }) {
|
||||
|
|
|
@ -864,7 +864,7 @@ 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;
|
||||
|
|
|
@ -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)).?;
|
||||
}
|
||||
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// 递归插入节点(辅助方法)
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@ -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
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t.root = t.removeHelper(t.root, val)
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}
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/* 递归删除节点(辅助方法) */
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/* 递归删除节点(辅助函数) */
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func (t *aVLTree) removeHelper(node *TreeNode, val int) *TreeNode {
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if node == nil {
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return nil
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@ -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
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TreeNode *root = removeHelper(tree->root, val);
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}
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/* 递归删除节点(辅助方法) */
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/* 递归删除节点(辅助函数) */
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TreeNode *removeHelper(TreeNode *node, int val) {
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TreeNode *child, *grandChild;
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if (node == NULL) {
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@ -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
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```zig title="avl_tree.zig"
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// 删除节点
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fn remove(self: *Self, val: T) void {
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self.root = self.removeHelper(self.root, val);
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self.root = self.removeHelper(self.root, val).?;
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}
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// 递归删除节点(辅助方法)
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@ -622,23 +622,22 @@ comments: true
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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:
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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。
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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。
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![在二叉搜索树中删除节点(度为 0)](binary_search_tree.assets/bst_remove_case1.png)
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<p align="center"> Fig. 在二叉搜索树中删除节点(度为 0) </p>
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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。
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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。
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![在二叉搜索树中删除节点(度为 1)](binary_search_tree.assets/bst_remove_case2.png)
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<p align="center"> Fig. 在二叉搜索树中删除节点(度为 1) </p>
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当待删除节点的子节点数量 $= 2$ 时,删除操作分为三步:
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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:
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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` ;
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2. 在树中递归删除节点 `tmp` ;
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3. 用 `tmp` 的值覆盖待删除节点的值;
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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` ;
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=== "<1>"
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![二叉搜索树删除节点示例](binary_search_tree.assets/bst_remove_case3_step1.png)
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@ -1167,7 +1166,7 @@ comments: true
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```zig title="binary_search_tree.zig"
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// 删除节点
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fn remove(self: *Self, num: T) !void {
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fn remove(self: *Self, num: T) void {
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// 若树为空,直接提前返回
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if (self.root == null) return;
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var cur = self.root;
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@ -1204,11 +1203,11 @@ comments: true
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while (tmp.?.left != null) {
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tmp = tmp.?.left;
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}
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var tmpVal = tmp.?.val;
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var tmp_val = tmp.?.val;
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// 递归删除节点 tmp
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_ = self.remove(tmp.?.val);
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self.remove(tmp.?.val);
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// 用 tmp 覆盖 cur
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cur.?.val = tmpVal;
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cur.?.val = tmp_val;
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}
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}
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```
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@ -15,3 +15,25 @@ comments: true
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- 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 $O(n)$ 。
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- 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。
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- 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。
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## 7.6.1. Q & A
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!!! 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?"
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是的,因为高度和深度通常定义为“走过边的数量”。
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!!! 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?"
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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。
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!!! 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?"
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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。
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!!! 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?"
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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。
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!!! 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?"
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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。
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