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krahets 2023-04-09 02:53:32 +08:00
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commit fc4021ea99
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@ -1756,31 +1756,31 @@
<h1 id="122">12.2. &nbsp; 一起参与创作<a class="headerlink" href="#122" title="Permanent link">&para;</a></h1> <h1 id="122">12.2. &nbsp; 一起参与创作<a class="headerlink" href="#122" title="Permanent link">&para;</a></h1>
<div class="admonition success"> <div class="admonition success">
<p class="admonition-title">开源的魅力</p> <p class="admonition-title">开源的魅力</p>
<p>纸质书籍的两次印刷的间隔时间往往需要数年,内容更新非常不方便。</br>但在本开源 HTML 书中,内容更迭的时间被缩短至数日甚至几个小时。</p> <p>纸质书籍的两次印刷的间隔时间往往需要数年,内容更新非常不方便。</br>但在本开源书中,内容更迭的时间被缩短至数日甚至几个小时。</p>
</div> </div>
<p>由于作者水平有限,书中内容难免疏漏谬误,请您谅解。如果发现笔误、无效链接、内容缺失、文字歧义、解释不清晰、行文结构不合理等问题,请您帮忙修正,以帮助其他读者获取更优质的学习内容。所有<a href="https://github.com/krahets/hello-algo/graphs/contributors">撰稿人</a>被展示在仓库与网站主页,以感谢他们对开源社区的无私奉献!</p> <p>由于作者能力有限,书中难免存在一些遗漏和错误,请您谅解。如果您发现了笔误、失效链接、内容缺失、文字歧义、解释不清晰或行文结构不合理等问题,请协助我们进行修正,以帮助其他读者获得更优质的学习资源。所有<a href="https://github.com/krahets/hello-algo/graphs/contributors">撰稿人</a>在仓库和网站主页上展示,以感谢他们对开源社区的无私奉献!</p>
<h2 id="1221">12.2.1. &nbsp; 内容微调<a class="headerlink" href="#1221" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="1221">12.2.1. &nbsp; 内容微调<a class="headerlink" href="#1221" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>每个页面的右上角都有一个「编辑」图标,你可以按照以下步骤修改文字或代码:</p> <p>在每个页面的右上角有一个「编辑」图标,您可以按照以下步骤修改文本或代码:</p>
<ol> <ol>
<li>点击编辑按钮,如果遇到提示“需要 Fork 此仓库”,请通过</li> <li>点击编辑按钮,如果遇到“需要 Fork 此仓库”的提示,请同意该操作</li>
<li>修改 Markdown 源文件内容,并检查内容正确性,尽量保持排版格式统一;</li> <li>修改 Markdown 源文件内容,并确保内容正确,同时尽量保持排版格式的统一;</li>
<li>在页面底部填写更改说明,然后单击“Propose file change”按钮页面跳转后点击“Create pull request”按钮发起拉取请求即可</li> <li>在页面底部填写修改说明,然后点击“Propose file change”按钮页面跳转后点击“Create pull request”按钮即可发起拉取请求。</li>
</ol> </ol>
<p><img alt="页面编辑按键" src="../contribution.assets/edit_markdown.png" /></p> <p><img alt="页面编辑按键" src="../contribution.assets/edit_markdown.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 页面编辑按键 </p> <p align="center"> Fig. 页面编辑按键 </p>
<p>图片无法直接修改,需要通过新建 <a href="https://github.com/krahets/hello-algo/issues">Issue</a> 或评论留言来描述图片问题,我会第一时间重新画图并替换图片。</p> <p>由于图片无法直接修改,因此需要通过新建 <a href="https://github.com/krahets/hello-algo/issues">Issue</a> 或评论留言来描述图片问题,我们会尽快重新绘制并替换图片。</p>
<h2 id="1222">12.2.2. &nbsp; 内容创作<a class="headerlink" href="#1222" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="1222">12.2.2. &nbsp; 内容创作<a class="headerlink" href="#1222" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>如果您想要参与本开源项目,包括翻译代码至其他编程语言、拓展文章内容等,那么需要实施 Pull Request 工作流程:</p> <p>如果您有兴趣参与此开源项目,包括将代码翻译成其他编程语言、扩展文章内容等,那么需要实施 Pull Request 工作流程:</p>
<ol> <ol>
<li>登录 GitHub 并 Fork <a href="https://github.com/krahets/hello-algo">本仓库</a> 至个人账号</li> <li>登录 GitHub <a href="https://github.com/krahets/hello-algo">本仓库</a> Fork 到个人账号下</li>
<li>进入 Fork 仓库网页,使用 <code>git clone</code> 克隆该仓库至本地;</li> <li>进入您的 Fork 仓库网页,使用 git clone 命令将仓库克隆至本地;</li>
<li>在本地进行内容创作,并通过运行测试来验证代码正确性;</li> <li>在本地进行内容创作,并通过运行测试以验证代码的正确性;</li>
<li>将本地更改 Commit ,并 Push 至远程仓库;</li> <li>将本地所做更改 Commit ,然后 Push 至远程仓库;</li>
<li>刷新仓库网页点击“Create pull request”按钮发起拉取请求即可</li> <li>刷新仓库网页点击“Create pull request”按钮即可发起拉取请求;</li>
</ol> </ol>
<h2 id="1223-docker">12.2.3. &nbsp; Docker 部署<a class="headerlink" href="#1223-docker" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="1223-docker">12.2.3. &nbsp; Docker 部署<a class="headerlink" href="#1223-docker" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>你可以使用 Docker 来部署本项目。稍等片刻,即可使用浏览器打开 <code>http://localhost:8000</code> 访问本项目。</p> <p>我们可以通过 Docker 来部署本项目。执行以下脚本,稍等片刻后,即可使用浏览器打开 <code>http://localhost:8000</code> 访问本项目。</p>
<div class="highlight"><pre><span></span><code><a id="__codelineno-0-1" name="__codelineno-0-1" href="#__codelineno-0-1"></a>git<span class="w"> </span>clone<span class="w"> </span>https://github.com/krahets/hello-algo.git <div class="highlight"><pre><span></span><code><a id="__codelineno-0-1" name="__codelineno-0-1" href="#__codelineno-0-1"></a>git<span class="w"> </span>clone<span class="w"> </span>https://github.com/krahets/hello-algo.git
<a id="__codelineno-0-2" name="__codelineno-0-2" href="#__codelineno-0-2"></a><span class="nb">cd</span><span class="w"> </span>hello-algo <a id="__codelineno-0-2" name="__codelineno-0-2" href="#__codelineno-0-2"></a><span class="nb">cd</span><span class="w"> </span>hello-algo
<a id="__codelineno-0-3" name="__codelineno-0-3" href="#__codelineno-0-3"></a>docker-compose<span class="w"> </span>up<span class="w"> </span>-d <a id="__codelineno-0-3" name="__codelineno-0-3" href="#__codelineno-0-3"></a>docker-compose<span class="w"> </span>up<span class="w"> </span>-d

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@ -3055,7 +3055,7 @@ O(1) &lt; O(\log n) &lt; O(n) &lt; O(n^2) &lt; O(2^n) \newline
<p align="center"> Fig. 递归函数产生的平方阶空间复杂度 </p> <p align="center"> Fig. 递归函数产生的平方阶空间复杂度 </p>
<h3 id="o2n">指数阶 <span class="arithmatex">\(O(2^n)\)</span><a class="headerlink" href="#o2n" title="Permanent link">&para;</a></h3> <h3 id="o2n">指数阶 <span class="arithmatex">\(O(2^n)\)</span><a class="headerlink" href="#o2n" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>指数阶常见于二叉树。高度为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 的「满二叉树」的点数量为 <span class="arithmatex">\(2^n - 1\)</span> ,占用 <span class="arithmatex">\(O(2^n)\)</span> 空间。</p> <p>指数阶常见于二叉树。高度为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 的「满二叉树」的点数量为 <span class="arithmatex">\(2^n - 1\)</span> ,占用 <span class="arithmatex">\(O(2^n)\)</span> 空间。</p>
<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="9:10"><input checked="checked" id="__tabbed_9_1" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_2" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_3" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_4" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_5" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_6" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_7" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_8" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_9" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_10" name="__tabbed_9" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_9_1">Java</label><label for="__tabbed_9_2">C++</label><label for="__tabbed_9_3">Python</label><label for="__tabbed_9_4">Go</label><label for="__tabbed_9_5">JavaScript</label><label for="__tabbed_9_6">TypeScript</label><label for="__tabbed_9_7">C</label><label for="__tabbed_9_8">C#</label><label for="__tabbed_9_9">Swift</label><label for="__tabbed_9_10">Zig</label></div> <div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="9:10"><input checked="checked" id="__tabbed_9_1" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_2" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_3" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_4" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_5" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_6" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_7" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_8" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_9" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_10" name="__tabbed_9" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_9_1">Java</label><label for="__tabbed_9_2">C++</label><label for="__tabbed_9_3">Python</label><label for="__tabbed_9_4">Go</label><label for="__tabbed_9_5">JavaScript</label><label for="__tabbed_9_6">TypeScript</label><label for="__tabbed_9_7">C</label><label for="__tabbed_9_8">C#</label><label for="__tabbed_9_9">Swift</label><label for="__tabbed_9_10">Zig</label></div>
<div class="tabbed-content"> <div class="tabbed-content">
<div class="tabbed-block"> <div class="tabbed-block">

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@ -1763,8 +1763,8 @@
<h3 id="_2">时间复杂度<a class="headerlink" href="#_2" title="Permanent link">&para;</a></h3> <h3 id="_2">时间复杂度<a class="headerlink" href="#_2" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<ul> <ul>
<li>时间复杂度用于衡量算法运行时间随数据量增长的趋势,可以有效评估算法效率,但在某些情况下可能失效,如在输入数据量较小或时间复杂度相同时,无法精确对比算法效率的优劣。</li> <li>时间复杂度用于衡量算法运行时间随数据量增长的趋势,可以有效评估算法效率,但在某些情况下可能失效,如在输入数据量较小或时间复杂度相同时,无法精确对比算法效率的优劣。</li>
<li>最差时间复杂度使用大 <span class="arithmatex">\(O\)</span> 符号表示,即函数渐上界,反映当 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 趋向正无穷时,<span class="arithmatex">\(T(n)\)</span> 的增长级别。</li> <li>最差时间复杂度使用大 <span class="arithmatex">\(O\)</span> 符号表示,即函数渐上界,反映当 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 趋向正无穷时,<span class="arithmatex">\(T(n)\)</span> 的增长级别。</li>
<li>推算时间复杂度分为两步,首先统计计算操作数量,然后判断渐上界。</li> <li>推算时间复杂度分为两步,首先统计计算操作数量,然后判断渐上界。</li>
<li>常见时间复杂度从小到大排列有 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> , <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span> , <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> , <span class="arithmatex">\(O(n \log n)\)</span> , <span class="arithmatex">\(O(n^2)\)</span> , <span class="arithmatex">\(O(2^n)\)</span> , <span class="arithmatex">\(O(n!)\)</span> 等。</li> <li>常见时间复杂度从小到大排列有 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> , <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span> , <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> , <span class="arithmatex">\(O(n \log n)\)</span> , <span class="arithmatex">\(O(n^2)\)</span> , <span class="arithmatex">\(O(2^n)\)</span> , <span class="arithmatex">\(O(n!)\)</span> 等。</li>
<li>某些算法的时间复杂度非固定,而是与输入数据的分布有关。时间复杂度分为最差、最佳、平均时间复杂度,最佳时间复杂度几乎不用,因为输入数据一般需要满足严格条件才能达到最佳情况。</li> <li>某些算法的时间复杂度非固定,而是与输入数据的分布有关。时间复杂度分为最差、最佳、平均时间复杂度,最佳时间复杂度几乎不用,因为输入数据一般需要满足严格条件才能达到最佳情况。</li>
<li>平均时间复杂度反映算法在随机数据输入下的运行效率,最接近实际应用中的算法性能。计算平均时间复杂度需要统计输入数据分布以及综合后的数学期望。</li> <li>平均时间复杂度反映算法在随机数据输入下的运行效率,最接近实际应用中的算法性能。计算平均时间复杂度需要统计输入数据分布以及综合后的数学期望。</li>

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@ -1808,7 +1808,7 @@
<h1 id="91">9.1. &nbsp;<a class="headerlink" href="#91" title="Permanent link">&para;</a></h1> <h1 id="91">9.1. &nbsp;<a class="headerlink" href="#91" title="Permanent link">&para;</a></h1>
<p>「图 Graph」是一种非线性数据结构由「顶点 Vertex」和「边 Edge」组成。我们可将图 <span class="arithmatex">\(G\)</span> 抽象地表示为一组顶点 <span class="arithmatex">\(V\)</span> 和一组边 <span class="arithmatex">\(E\)</span> 的集合。例如,以下示一个包含 5 个顶点和 7 条边的图</p> <p>「图 Graph」是一种非线性数据结构由「顶点 Vertex」和「边 Edge」组成。我们可将图 <span class="arithmatex">\(G\)</span> 抽象地表示为一组顶点 <span class="arithmatex">\(V\)</span> 和一组边 <span class="arithmatex">\(E\)</span> 的集合。以下示例展示了一个包含 5 个顶点和 7 条边的图</p>
<div class="arithmatex">\[ <div class="arithmatex">\[
\begin{aligned} \begin{aligned}
V &amp; = \{ 1, 2, 3, 4, 5 \} \newline V &amp; = \{ 1, 2, 3, 4, 5 \} \newline
@ -1819,17 +1819,17 @@ G &amp; = \{ V, E \} \newline
<p><img alt="链表、树、图之间的关系" src="../graph.assets/linkedlist_tree_graph.png" /></p> <p><img alt="链表、树、图之间的关系" src="../graph.assets/linkedlist_tree_graph.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 链表、树、图之间的关系 </p> <p align="center"> Fig. 链表、树、图之间的关系 </p>
<p>那么,图与其他数据结构的关系是什么?如果我们把「顶点」看作结点,把「边」看作连接各个结点的指针,则可将「图」看一种从「链表」拓展而来的数据结构。<strong>线性关系(链表)和分治关系(树),网络关系(图)的自由度更高,从而更为复杂</strong></p> <p>那么,图与其他数据结构的关系是什么?如果我们把「顶点」看作结点,把「边」看作连接各个结点的指针,则可将「图」看作是一种从「链表」拓展而来的数据结构。<strong>较于线性关系(链表)和分治关系(树),网络关系(图)的自由度更高,从而更为复杂</strong></p>
<h2 id="911">9.1.1. &nbsp; 图常见类型<a class="headerlink" href="#911" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="911">9.1.1. &nbsp; 图常见类型<a class="headerlink" href="#911" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>根据边是否有方向,分为「无向图 Undirected Graph」和「有向图 Directed Graph」。</p> <p>根据边是否有方向,分为「无向图 Undirected Graph」和「有向图 Directed Graph」。</p>
<ul> <ul>
<li>在无向图中,边表示两顶点之间“双向”连接关系,例如微信或 QQ 中的“好友关系”;</li> <li>在无向图中,边表示两顶点之间“双向”连接关系,例如微信或 QQ 中的“好友关系”;</li>
<li>在有向图中,边是有方向的,即 <span class="arithmatex">\(A \rightarrow B\)</span><span class="arithmatex">\(A \leftarrow B\)</span> 两个方向的边是相互独立的,例如微博或抖音上的“关注”与“被关注”关系;</li> <li>在有向图中,边具有方向性,即 <span class="arithmatex">\(A \rightarrow B\)</span><span class="arithmatex">\(A \leftarrow B\)</span> 两个方向的边是相互独立的,例如微博或抖音上的“关注”与“被关注”关系;</li>
</ul> </ul>
<p><img alt="有向图与无向图" src="../graph.assets/directed_graph.png" /></p> <p><img alt="有向图与无向图" src="../graph.assets/directed_graph.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 有向图与无向图 </p> <p align="center"> Fig. 有向图与无向图 </p>
<p>根据所有顶点是否连通,分为「连通图 Connected Graph」和「非连通图 Disconnected Graph」。</p> <p>根据所有顶点是否连通,分为「连通图 Connected Graph」和「非连通图 Disconnected Graph」。</p>
<ul> <ul>
<li>对于连通图,从某个顶点出发,可以到达其余任意顶点;</li> <li>对于连通图,从某个顶点出发,可以到达其余任意顶点;</li>
<li>对于非连通图,从某个顶点出发,至少有一个顶点无法到达;</li> <li>对于非连通图,从某个顶点出发,至少有一个顶点无法到达;</li>
@ -1837,40 +1837,40 @@ G &amp; = \{ V, E \} \newline
<p><img alt="连通图与非连通图" src="../graph.assets/connected_graph.png" /></p> <p><img alt="连通图与非连通图" src="../graph.assets/connected_graph.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 连通图与非连通图 </p> <p align="center"> Fig. 连通图与非连通图 </p>
<p>我们可以给边添加“权重”变量,得到「有权图 Weighted Graph」。例如在王者荣耀等游中,系统会根据共同游戏时间来计算玩家之间的“亲密度”,这种亲密度网络就可以使用有权图来表示。</p> <p>我们还可以为边添加“权重”变量,从而得到「有权图 Weighted Graph」。例如在王者荣耀等游中,系统会根据共同游戏时间来计算玩家之间的“亲密度”,这种亲密度网络就可以用有权图来表示。</p>
<p><img alt="有权图与无权图" src="../graph.assets/weighted_graph.png" /></p> <p><img alt="有权图与无权图" src="../graph.assets/weighted_graph.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 有权图与无权图 </p> <p align="center"> Fig. 有权图与无权图 </p>
<h2 id="912">9.1.2. &nbsp; 图常用术语<a class="headerlink" href="#912" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="912">9.1.2. &nbsp; 图常用术语<a class="headerlink" href="#912" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<ul> <ul>
<li>「邻接 Adjacency」当两顶点之间有边相连时,称此两顶点“邻接”。例如,上图中顶点 1 的邻接顶点为顶点 2, 3, 5 </li> <li>「邻接 Adjacency」当两顶点之间存在边相连时,称这两顶点“邻接”。在上图中,顶点 1 的邻接顶点为顶点 2、3、5</li>
<li>「路径 Path」从顶点 A 到顶点 B 走过的边构成的序列,被称为从 A 到 B 的“路径”。例如,上图中边序列 1-5-2-4 是顶点 1 到顶点 4 的一个路径。</li> <li>「路径 Path」从顶点 A 到顶点 B 经过的边构成的序列被称为从 A 到 B 的“路径”。在上图中,边序列 1-5-2-4 是顶点 1 到顶点 4 的一条路径。</li>
<li>「度 Degree」表示一个顶点具有多少条边。对于有向图,「入度 In-Degree」表示有多少条边指向该顶点「出度 Out-Degree」表示有多少条边从该顶点指出。</li> <li>「度 Degree」表示一个顶点拥有的边数。对于有向图,「入度 In-Degree」表示有多少条边指向该顶点「出度 Out-Degree」表示有多少条边从该顶点指出。</li>
</ul> </ul>
<h2 id="913">9.1.3. &nbsp; 图的表示<a class="headerlink" href="#913" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="913">9.1.3. &nbsp; 图的表示<a class="headerlink" href="#913" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>图的常用表示方法有「邻接矩阵」和「邻接表」。以下使用「无向图」来举例。</p> <p>图的常用表示方法包括「邻接矩阵」和「邻接表」。以下使用无向图进行举例。</p>
<h3 id="_1">邻接矩阵<a class="headerlink" href="#_1" title="Permanent link">&para;</a></h3> <h3 id="_1">邻接矩阵<a class="headerlink" href="#_1" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>设图的顶点数量为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> ,「邻接矩阵 Adjacency Matrix」使用一个 <span class="arithmatex">\(n \times n\)</span> 大小的矩阵来表示图,每一行(列)代表一个顶点,矩阵元素代表边,使<span class="arithmatex">\(1\)</span><span class="arithmatex">\(0\)</span> 来表示两个顶点之间有边或无边。</p> <p>设图的顶点数量为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> ,「邻接矩阵 Adjacency Matrix」使用一个 <span class="arithmatex">\(n \times n\)</span> 大小的矩阵来表示图,每一行(列)代表一个顶点,矩阵元素代表边,用 <span class="arithmatex">\(1\)</span><span class="arithmatex">\(0\)</span> 表示两个顶点之间是否存在边。</p>
<p>如下图所示,邻接矩阵为 <span class="arithmatex">\(M\)</span> 、顶点列表为 <span class="arithmatex">\(V\)</span> 矩阵元素 <span class="arithmatex">\(M[i][j] = 1\)</span> 代表着顶点 <span class="arithmatex">\(V[i]\)</span> 到顶点 <span class="arithmatex">\(V[j]\)</span> 之间有边,相反地 <span class="arithmatex">\(M[i][j] = 0\)</span> 表两顶点之间无边。</p> <p>如下图所示,邻接矩阵为 <span class="arithmatex">\(M\)</span> 、顶点列表为 <span class="arithmatex">\(V\)</span> 那么矩阵元素 <span class="arithmatex">\(M[i][j] = 1\)</span> 表示顶点 <span class="arithmatex">\(V[i]\)</span> 到顶点 <span class="arithmatex">\(V[j]\)</span> 之间存在边,反之 <span class="arithmatex">\(M[i][j] = 0\)</span>两顶点之间无边。</p>
<p><img alt="图的邻接矩阵表示" src="../graph.assets/adjacency_matrix.png" /></p> <p><img alt="图的邻接矩阵表示" src="../graph.assets/adjacency_matrix.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 图的邻接矩阵表示 </p> <p align="center"> Fig. 图的邻接矩阵表示 </p>
<p>邻接矩阵具有以下性</p> <p>邻接矩阵具有以下性:</p>
<ul> <ul>
<li>顶点不能与自身相连,因邻接矩阵主对角线元素没有意义。</li> <li>顶点不能与自身相连,因邻接矩阵主对角线元素没有意义。</li>
<li>「无向图」两个方向的边等价,此时邻接矩阵关于主对角线对称。</li> <li>对于无向图,两个方向的边等价,此时邻接矩阵关于主对角线对称。</li>
<li>将邻接矩阵的元素从 <span class="arithmatex">\(1\)</span> , <span class="arithmatex">\(0\)</span> 替换为权重,则能够表示「有权图」</li> <li>将邻接矩阵的元素从 <span class="arithmatex">\(1\)</span> , <span class="arithmatex">\(0\)</span> 替换为权重,则可表示有权图</li>
</ul> </ul>
<p>使用邻接矩阵表示图时,我们可以直接通过访问矩阵元素来获取边,因此增删查操作的效率很高,时间复杂度均为 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> 。然而,矩阵的空间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(n^2)\)</span> ,内存占用较</p> <p>使用邻接矩阵表示图时,我们可以直接访问矩阵元素以获取边,因此增删查操作的效率很高,时间复杂度均为 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> 。然而,矩阵的空间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(n^2)\)</span> ,内存占用较</p>
<h3 id="_2">邻接表<a class="headerlink" href="#_2" title="Permanent link">&para;</a></h3> <h3 id="_2">邻接表<a class="headerlink" href="#_2" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>「邻接表 Adjacency List」使用 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 个链表来表示图,链表结点表示顶点。第 <span class="arithmatex">\(i\)</span> 条链表对应顶点 <span class="arithmatex">\(i\)</span> ,其中存储了该顶点的所有邻接顶点(即与该顶点相连的顶点)。</p> <p>「邻接表 Adjacency List」使用 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 个链表来表示图,链表结点表示顶点。第 <span class="arithmatex">\(i\)</span> 条链表对应顶点 <span class="arithmatex">\(i\)</span> ,其中存储了该顶点的所有邻接顶点(即与该顶点相连的顶点)。</p>
<p><img alt="图的邻接表表示" src="../graph.assets/adjacency_list.png" /></p> <p><img alt="图的邻接表表示" src="../graph.assets/adjacency_list.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 图的邻接表表示 </p> <p align="center"> Fig. 图的邻接表表示 </p>
<p>邻接表仅存储存在的边,而边的总数往往远小于 <span class="arithmatex">\(n^2\)</span> ,因此更加节省空间。但是,因为在邻接表中需要通过遍历链表来查找边,所以其时间效率不如邻接矩阵。</p> <p>邻接表仅存储实际存在的边,而边的总数通常远小于 <span class="arithmatex">\(n^2\)</span> ,因此它更加节省空间。然而,在邻接表中需要通过遍历链表来查找边,因此其时间效率不如邻接矩阵。</p>
<p>观察上图发现,<strong>邻接表结构与哈希表「链地址法」非常相似,因此我们也可以用类似方法来优化效率</strong>比如,当链表较长时,可以把链表转化为 AVL 树或红黑树,从而将时间效率从 <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> 优化至 <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span> ,还可以通过中序遍历获取有序序列;还可以将链表转化为哈希表,将时间复杂度降低至 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span></p> <p>观察上图发现,<strong>邻接表结构与哈希表中的「链地址法」非常相似,因此我们也可以用类似方法来优化效率</strong>例如,当链表较长时,可以将链表转化为 AVL 树或红黑树,从而将时间效率从 <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> 优化至 <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span> ,还可以通过中序遍历获取有序序列;此外,还可以将链表转换为哈希表,将时间复杂度降低至 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span></p>
<h2 id="914">9.1.4. &nbsp; 图常见应用<a class="headerlink" href="#914" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="914">9.1.4. &nbsp; 图常见应用<a class="headerlink" href="#914" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>现实中的许多系统都可以使用图来建模,对应的待求解问题也可以被约化为图计算问题。</p> <p>实际应用中,许多系统都可以用图来建模,相应的待求解问题也可以约化为图计算问题。</p>
<div class="center-table"> <div class="center-table">
<table> <table>
<thead> <thead>

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@ -1754,11 +1754,11 @@
<h1 id="92">9.2. &nbsp; 图基础操作<a class="headerlink" href="#92" title="Permanent link">&para;</a></h1> <h1 id="92">9.2. &nbsp; 图基础操作<a class="headerlink" href="#92" title="Permanent link">&para;</a></h1>
<p>图的基础操作分为对「边」的操作和对「顶点」的操作,在「邻接矩阵」和「邻接表」这两种表示下的实现方式不同。</p> <p>图的基础操作分为对「边」的操作和对「顶点」的操作。在「邻接矩阵」和「邻接表」两种表示方法下,实现方式有所不同。</p>
<h2 id="921">9.2.1. &nbsp; 基于邻接矩阵的实现<a class="headerlink" href="#921" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="921">9.2.1. &nbsp; 基于邻接矩阵的实现<a class="headerlink" href="#921" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>设图的顶点总数<span class="arithmatex">\(n\)</span> ,则有:</p> <p>给定一个顶点数量<span class="arithmatex">\(n\)</span> 的无向图,则有:</p>
<ul> <ul>
<li><strong>添加或删除边</strong>:直接在邻接矩阵中修改指定边的对应元素即可,使用 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> 时间。而由于是无向图,因此需要同时更新两个方向的边。</li> <li><strong>添加或删除边</strong>:直接在邻接矩阵中修改指定的边即可,使用 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> 时间。而由于是无向图,因此需要同时更新两个方向的边。</li>
<li><strong>添加顶点</strong>:在邻接矩阵的尾部添加一行一列,并全部填 <span class="arithmatex">\(0\)</span> 即可,使用 <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> 时间。</li> <li><strong>添加顶点</strong>:在邻接矩阵的尾部添加一行一列,并全部填 <span class="arithmatex">\(0\)</span> 即可,使用 <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> 时间。</li>
<li><strong>删除顶点</strong>:在邻接矩阵中删除一行一列。当删除首行首列时达到最差情况,需要将 <span class="arithmatex">\((n-1)^2\)</span> 个元素“向左上移动”,从而使用 <span class="arithmatex">\(O(n^2)\)</span> 时间。</li> <li><strong>删除顶点</strong>:在邻接矩阵中删除一行一列。当删除首行首列时达到最差情况,需要将 <span class="arithmatex">\((n-1)^2\)</span> 个元素“向左上移动”,从而使用 <span class="arithmatex">\(O(n^2)\)</span> 时间。</li>
<li><strong>初始化</strong>:传入 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 个顶点,初始化长度为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 的顶点列表 <code>vertices</code> ,使用 <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> 时间;初始化 <span class="arithmatex">\(n \times n\)</span> 大小的邻接矩阵 <code>adjMat</code> ,使用 <span class="arithmatex">\(O(n^2)\)</span> 时间。</li> <li><strong>初始化</strong>:传入 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 个顶点,初始化长度为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 的顶点列表 <code>vertices</code> ,使用 <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> 时间;初始化 <span class="arithmatex">\(n \times n\)</span> 大小的邻接矩阵 <code>adjMat</code> ,使用 <span class="arithmatex">\(O(n^2)\)</span> 时间。</li>
@ -2510,13 +2510,13 @@
</div> </div>
</div> </div>
<h2 id="922">9.2.2. &nbsp; 基于邻接表的实现<a class="headerlink" href="#922" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="922">9.2.2. &nbsp; 基于邻接表的实现<a class="headerlink" href="#922" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>设图的顶点总数为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 、边总数为 <span class="arithmatex">\(m\)</span> ,则有:</p> <p>无向图的顶点总数为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 、边总数为 <span class="arithmatex">\(m\)</span> ,则有:</p>
<ul> <ul>
<li><strong>添加边</strong>:在顶点对应链表的尾添加边即可,使用 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> 时间。因为是无向图,所以需要同时添加两个方向的边。</li> <li><strong>添加边</strong>:在顶点对应链表的尾添加边即可,使用 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> 时间。因为是无向图,所以需要同时添加两个方向的边。</li>
<li><strong>删除边</strong>:在顶点对应链表中查询与删除指定边,使用 <span class="arithmatex">\(O(m)\)</span> 时间。与添加边一样,需要同时删除两个方向的边。</li> <li><strong>删除边</strong>:在顶点对应链表中查找并删除指定边,使用 <span class="arithmatex">\(O(m)\)</span> 时间。在无向图中,需要同时删除两个方向的边。</li>
<li><strong>添加顶点</strong>:在邻接表中添加一个链表即可,并以新增顶点为链表头结点,使用 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> 时间。</li> <li><strong>添加顶点</strong>:在邻接表中添加一个链表,并将新增顶点作为链表头结点,使用 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> 时间。</li>
<li><strong>删除顶点</strong>:需遍历整个邻接表,删除包含指定顶点的所有边,使用 <span class="arithmatex">\(O(n + m)\)</span> 时间。</li> <li><strong>删除顶点</strong>:需遍历整个邻接表,删除包含指定顶点的所有边,使用 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> 时间。</li>
<li><strong>初始化</strong>需要在邻接表中建 <span class="arithmatex">\(n\)</span>点和 <span class="arithmatex">\(2m\)</span> 条边,使用 <span class="arithmatex">\(O(n + m)\)</span> 时间。</li> <li><strong>初始化</strong>:在邻接表中<span class="arithmatex">\(n\)</span>点和 <span class="arithmatex">\(2m\)</span> 条边,使用 <span class="arithmatex">\(O(n + m)\)</span> 时间。</li>
</ul> </ul>
<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="3:5"><input checked="checked" id="__tabbed_3_1" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_2" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_3" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_4" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_5" name="__tabbed_3" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_3_1">初始化邻接表</label><label for="__tabbed_3_2">添加边</label><label for="__tabbed_3_3">删除边</label><label for="__tabbed_3_4">添加顶点</label><label for="__tabbed_3_5">删除顶点</label></div> <div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="3:5"><input checked="checked" id="__tabbed_3_1" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_2" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_3" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_4" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_5" name="__tabbed_3" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_3_1">初始化邻接表</label><label for="__tabbed_3_2">添加边</label><label for="__tabbed_3_3">删除边</label><label for="__tabbed_3_4">添加顶点</label><label for="__tabbed_3_5">删除顶点</label></div>
<div class="tabbed-content"> <div class="tabbed-content">
@ -2537,10 +2537,10 @@
</div> </div>
</div> </div>
</div> </div>
<p>基于邻接表实现图的代码如下所示。细心的同学可能注意到,<strong>我们在邻接表中使用 <code>Vertex</code> 结点类来表示顶点</strong>,这样做的原因</p> <p>以下是基于邻接表实现图的代码示。细心的同学可能注意到,<strong>我们在邻接表中使用 <code>Vertex</code> 结点类来表示顶点</strong>,这样做的原因</p>
<ul> <ul>
<li>如果我们选择通过顶点值来区分不同顶点,那么值重复的顶点将无法被区分。</li> <li>如果我们选择通过顶点值来区分不同顶点,那么值重复的顶点将无法被区分。</li>
<li>如果类似邻接矩阵那样,使用顶点列表索引来区分不同顶点。那么,假设我们想要删除索引为 <span class="arithmatex">\(i\)</span> 的顶点,则需要遍历整个邻接表,将其中 <span class="arithmatex">\(&gt; i\)</span> 的索引全部执行 <span class="arithmatex">\(-1\)</span> ,这样操作效率太低。</li> <li>如果类似邻接矩阵那样,使用顶点列表索引来区分不同顶点。那么,假设我们想要删除索引为 <span class="arithmatex">\(i\)</span> 的顶点,则需要遍历整个邻接表,将其中 <span class="arithmatex">\(&gt; i\)</span> 的索引全部<span class="arithmatex">\(1\)</span>,这样操作效率较低。</li>
<li>因此我们考虑引入顶点类 <code>Vertex</code> ,使得每个顶点都是唯一的对象,此时删除顶点时就无需改动其余顶点了。</li> <li>因此我们考虑引入顶点类 <code>Vertex</code> ,使得每个顶点都是唯一的对象,此时删除顶点时就无需改动其余顶点了。</li>
</ul> </ul>
<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="4:10"><input checked="checked" id="__tabbed_4_1" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_2" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_3" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_4" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_5" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_6" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_7" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_8" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_9" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_10" name="__tabbed_4" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_4_1">Java</label><label for="__tabbed_4_2">C++</label><label for="__tabbed_4_3">Python</label><label for="__tabbed_4_4">Go</label><label for="__tabbed_4_5">JavaScript</label><label for="__tabbed_4_6">TypeScript</label><label for="__tabbed_4_7">C</label><label for="__tabbed_4_8">C#</label><label for="__tabbed_4_9">Swift</label><label for="__tabbed_4_10">Zig</label></div> <div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="4:10"><input checked="checked" id="__tabbed_4_1" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_2" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_3" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_4" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_5" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_6" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_7" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_8" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_9" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_10" name="__tabbed_4" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_4_1">Java</label><label for="__tabbed_4_2">C++</label><label for="__tabbed_4_3">Python</label><label for="__tabbed_4_4">Go</label><label for="__tabbed_4_5">JavaScript</label><label for="__tabbed_4_6">TypeScript</label><label for="__tabbed_4_7">C</label><label for="__tabbed_4_8">C#</label><label for="__tabbed_4_9">Swift</label><label for="__tabbed_4_10">Zig</label></div>
@ -3228,7 +3228,7 @@
</tbody> </tbody>
</table> </table>
</div> </div>
<p>观察上表,似邻接表(哈希表)的时间与空间效率最优。但实际上,在邻接矩阵中操作边的效率更高,只需要一次数组访问或赋值操作即可。总结以上,<strong>邻接矩阵体现“以空间换时间”,邻接表体现“以时间换空间”</strong></p> <p>观察上表,似邻接表(哈希表)的时间与空间效率最优。但实际上,在邻接矩阵中操作边的效率更高,只需要一次数组访问或赋值操作即可。综合来看,邻接矩阵体现了“以空间换时间”的原则,而邻接表体现了“以时间换空间”的原则</p>

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@ -1822,21 +1822,21 @@
<h1 id="93">9.3. &nbsp; 图的遍历<a class="headerlink" href="#93" title="Permanent link">&para;</a></h1> <h1 id="93">9.3. &nbsp; 图的遍历<a class="headerlink" href="#93" title="Permanent link">&para;</a></h1>
<div class="admonition note"> <div class="admonition note">
<p class="admonition-title">图与树的关系</p> <p class="admonition-title">图与树的关系</p>
<p>树代表的是“一对多”的关系,而图则自由度更高,可以代表任意“多对多”关系。本质上,<strong>可以把树看作是图的一类特例</strong>。那么显然,树遍历操作也是图遍历操作的一个特例,两者的方法是非常类似的,建议你在学习本章节的过程中将两者融会贯通</p> <p>树代表的是“一对多”的关系,而图则具有更高的自由度,可以表示任意的“多对多”关系。因此,我们可以把树看作是图的一种特例。显然,<strong>树的遍历操作也是图的遍历操作的一种特例</strong>,建议你在学习本章节时融会贯通两者的概念与实现方法</p>
</div> </div>
<p>「图」「树」都是非线性数据结构,都需要使用「搜索算法」来实现遍历操作。</p> <p>「图」「树」都是非线性数据结构,都需要使用「搜索算法」来实现遍历操作。</p>
<p>类似,图的遍历方式也分为两种,即「广度优先遍历 Breadth-First Traversal」和「深度优先遍历 Depth-First Travsersal」也称「广度优先搜索 Breadth-First Search」和「深度优先搜索 Depth-First Search」简称 BFS 和 DFS </p> <p>与树类似,图的遍历方式也分为两种,即「广度优先遍历 Breadth-First Traversal」和「深度优先遍历 Depth-First Traversal」也称「广度优先搜索 Breadth-First Search」和「深度优先搜索 Depth-First Search」简称 BFS 和 DFS。</p>
<h2 id="931">9.3.1. &nbsp; 广度优先遍历<a class="headerlink" href="#931" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="931">9.3.1. &nbsp; 广度优先遍历<a class="headerlink" href="#931" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p><strong>广度优先遍历是一种由近及远的遍历方式,从距离最近的顶点开始访问,并一层层向外扩张</strong>。具体地,从某个顶点出发,先遍历该顶点的所有邻接顶点,随后遍历下个顶点的所有邻接顶点,以此类推……</p> <p><strong>广度优先遍历是一种由近及远的遍历方式,从距离最近的顶点开始访问,并一层层向外扩张</strong>。具体来说,从某个顶点出发,先遍历该顶点的所有邻接顶点,然后遍历下一个顶点的所有邻接顶点,以此类推,直至所有顶点访问完毕。</p>
<p><img alt="图的广度优先遍历" src="../graph_traversal.assets/graph_bfs.png" /></p> <p><img alt="图的广度优先遍历" src="../graph_traversal.assets/graph_bfs.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 图的广度优先遍历 </p> <p align="center"> Fig. 图的广度优先遍历 </p>
<h3 id="_1">算法实现<a class="headerlink" href="#_1" title="Permanent link">&para;</a></h3> <h3 id="_1">算法实现<a class="headerlink" href="#_1" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>BFS 常借助「队列」来实现。队列具有“先入先出”的性质,这与 BFS “由近及远”的思想异曲同工</p> <p>BFS 常借助「队列」来实现。队列具有“先入先出”的性质,这与 BFS “由近及远”的思想异曲同工。</p>
<ol> <ol>
<li>将遍历起始顶点 <code>startVet</code> 加入队列,并开启循环;</li> <li>将遍历起始顶点 <code>startVet</code> 加入队列,并开启循环;</li>
<li>在循环的每轮迭代中,弹出队首顶点弹出并记录访问,并将该顶点的所有邻接顶点加入到队列尾部;</li> <li>在循环的每轮迭代中,弹出队首顶点并记录访问,然后将该顶点的所有邻接顶点加入到队列尾部;</li>
<li>循环 <code>2.</code> ,直到所有顶点访问完成后结束;</li> <li>循环步骤 <code>2.</code> ,直到所有顶点访问完成后结束;</li>
</ol> </ol>
<p>为了防止重复遍历顶点,我们需要借助一个哈希表 <code>visited</code> 来记录哪些结点已被访问。</p> <p>为了防止重复遍历顶点,我们需要借助一个哈希表 <code>visited</code> 来记录哪些结点已被访问。</p>
<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="1:10"><input checked="checked" id="__tabbed_1_1" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_2" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_3" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_4" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_5" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_6" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_7" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_8" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_9" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_10" name="__tabbed_1" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_1_1">Java</label><label for="__tabbed_1_2">C++</label><label for="__tabbed_1_3">Python</label><label for="__tabbed_1_4">Go</label><label for="__tabbed_1_5">JavaScript</label><label for="__tabbed_1_6">TypeScript</label><label for="__tabbed_1_7">C</label><label for="__tabbed_1_8">C#</label><label for="__tabbed_1_9">Swift</label><label for="__tabbed_1_10">Zig</label></div> <div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="1:10"><input checked="checked" id="__tabbed_1_1" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_2" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_3" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_4" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_5" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_6" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_7" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_8" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_9" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_10" name="__tabbed_1" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_1_1">Java</label><label for="__tabbed_1_2">C++</label><label for="__tabbed_1_3">Python</label><label for="__tabbed_1_4">Go</label><label for="__tabbed_1_5">JavaScript</label><label for="__tabbed_1_6">TypeScript</label><label for="__tabbed_1_7">C</label><label for="__tabbed_1_8">C#</label><label for="__tabbed_1_9">Swift</label><label for="__tabbed_1_10">Zig</label></div>
@ -2095,18 +2095,18 @@
</div> </div>
<div class="admonition question"> <div class="admonition question">
<p class="admonition-title">广度优先遍历的序列是否唯一?</p> <p class="admonition-title">广度优先遍历的序列是否唯一?</p>
<p>不唯一。广度优先遍历只要求“由近及远”,<strong>而多个相同距离的顶点的遍历顺序允许被任意打乱</strong>。以上图为例,顶点 <span class="arithmatex">\(1\)</span> , <span class="arithmatex">\(3\)</span> 的访问顺序可以交换、顶点 <span class="arithmatex">\(2\)</span> , <span class="arithmatex">\(4\)</span> , <span class="arithmatex">\(6\)</span> 的访问顺序也可以任意交换、以此类推……</p> <p>不唯一。广度优先遍历只要求“由近及远”的顺序遍历<strong>而多个相同距离的顶点的遍历顺序允许被任意打乱</strong>。以上图为例,顶点 <span class="arithmatex">\(1\)</span> , <span class="arithmatex">\(3\)</span> 的访问顺序可以交换、顶点 <span class="arithmatex">\(2\)</span> , <span class="arithmatex">\(4\)</span> , <span class="arithmatex">\(6\)</span> 的访问顺序也可以任意交换</p>
</div> </div>
<h3 id="_2">复杂度分析<a class="headerlink" href="#_2" title="Permanent link">&para;</a></h3> <h3 id="_2">复杂度分析<a class="headerlink" href="#_2" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p><strong>时间复杂度:</strong> 所有顶点都会入队出队一次,使用 <span class="arithmatex">\(O(|V|)\)</span> 时间;在遍历邻接顶点的过程中,由于是无向图,因此所有边都会被访问 <span class="arithmatex">\(2\)</span> 次,使用 <span class="arithmatex">\(O(2|E|)\)</span> 时间;总体使用 <span class="arithmatex">\(O(|V| + |E|)\)</span> 时间。</p> <p><strong>时间复杂度:</strong> 所有顶点都会入队出队一次,使用 <span class="arithmatex">\(O(|V|)\)</span> 时间;在遍历邻接顶点的过程中,由于是无向图,因此所有边都会被访问 <span class="arithmatex">\(2\)</span> 次,使用 <span class="arithmatex">\(O(2|E|)\)</span> 时间;总体使用 <span class="arithmatex">\(O(|V| + |E|)\)</span> 时间。</p>
<p><strong>空间复杂度:</strong> 列表 <code>res</code> ,哈希表 <code>visited</code> ,队列 <code>que</code> 中的顶点数量最多为 <span class="arithmatex">\(|V|\)</span> ,使用 <span class="arithmatex">\(O(|V|)\)</span> 空间。</p> <p><strong>空间复杂度:</strong> 列表 <code>res</code> ,哈希表 <code>visited</code> ,队列 <code>que</code> 中的顶点数量最多为 <span class="arithmatex">\(|V|\)</span> ,使用 <span class="arithmatex">\(O(|V|)\)</span> 空间。</p>
<h2 id="932">9.3.2. &nbsp; 深度优先遍历<a class="headerlink" href="#932" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="932">9.3.2. &nbsp; 深度优先遍历<a class="headerlink" href="#932" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p><strong>深度优先遍历是一种优先走到底、无路可走再回头的遍历方式</strong>。具体地,从某个顶点出发,不断地访问当前结点的某个邻接顶点,直到走到尽头时回溯,再继续走到底 + 回溯,以此类推……直至所有顶点遍历完成时结束</p> <p><strong>深度优先遍历是一种优先走到底、无路可走再回头的遍历方式</strong>。具体地,从某个顶点出发,访问当前顶点的某个邻接顶点,直到走到尽头时返回,再继续走到尽头并返回,以此类推,直至所有顶点遍历完成</p>
<p><img alt="图的深度优先遍历" src="../graph_traversal.assets/graph_dfs.png" /></p> <p><img alt="图的深度优先遍历" src="../graph_traversal.assets/graph_dfs.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 图的深度优先遍历 </p> <p align="center"> Fig. 图的深度优先遍历 </p>
<h3 id="_3">算法实现<a class="headerlink" href="#_3" title="Permanent link">&para;</a></h3> <h3 id="_3">算法实现<a class="headerlink" href="#_3" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>这种“走到头 + 回溯”的算法形式一般基于递归来实现。与 BFS 类似,在 DFS 中我们也需要借助一个哈希表 <code>visited</code> 来记录已被访问的顶点,以避免重复访问顶点。</p> <p>这种“走到尽头 + 回溯”的算法形式通常基于递归来实现。与 BFS 类似,在 DFS 中我们也需要借助一个哈希表 <code>visited</code> 来记录已被访问的顶点,以避免重复访问顶点。</p>
<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="3:10"><input checked="checked" id="__tabbed_3_1" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_2" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_3" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_4" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_5" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_6" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_7" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_8" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_9" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_10" name="__tabbed_3" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_3_1">Java</label><label for="__tabbed_3_2">C++</label><label for="__tabbed_3_3">Python</label><label for="__tabbed_3_4">Go</label><label for="__tabbed_3_5">JavaScript</label><label for="__tabbed_3_6">TypeScript</label><label for="__tabbed_3_7">C</label><label for="__tabbed_3_8">C#</label><label for="__tabbed_3_9">Swift</label><label for="__tabbed_3_10">Zig</label></div> <div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="3:10"><input checked="checked" id="__tabbed_3_1" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_2" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_3" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_4" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_5" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_6" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_7" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_8" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_9" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_10" name="__tabbed_3" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_3_1">Java</label><label for="__tabbed_3_2">C++</label><label for="__tabbed_3_3">Python</label><label for="__tabbed_3_4">Go</label><label for="__tabbed_3_5">JavaScript</label><label for="__tabbed_3_6">TypeScript</label><label for="__tabbed_3_7">C</label><label for="__tabbed_3_8">C#</label><label for="__tabbed_3_9">Swift</label><label for="__tabbed_3_10">Zig</label></div>
<div class="tabbed-content"> <div class="tabbed-content">
<div class="tabbed-block"> <div class="tabbed-block">
@ -2314,12 +2314,12 @@
</div> </div>
</div> </div>
</div> </div>
<p>深度优先遍历的算法流程如下图所示,其中</p> <p>深度优先遍历的算法流程如下图所示,其中</p>
<ul> <ul>
<li><strong>直虚线代表向下递推</strong>表开启了一个新的递归方法来访问新顶点;</li> <li><strong>直虚线代表向下递推</strong>,表开启了一个新的递归方法来访问新顶点;</li>
<li><strong>曲虚线代表向上回溯</strong>表此递归方法已经返回,回溯到了开启此递归方法的位置;</li> <li><strong>曲虚线代表向上回溯</strong>,表此递归方法已经返回,回溯到了开启此递归方法的位置;</li>
</ul> </ul>
<p>为了加深理解,请你将图示与代码结合起来,在脑中(或者用笔画下来)模拟整个 DFS 过程,包括每个递归方法何时开启、何时返回。</p> <p>为了加深理解,建议将图示与代码结合起来,在脑中(或者用笔画下来)模拟整个 DFS 过程,包括每个递归方法何时开启、何时返回。</p>
<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="4:11"><input checked="checked" id="__tabbed_4_1" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_2" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_3" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_4" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_5" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_6" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_7" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_8" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_9" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_10" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_11" name="__tabbed_4" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_4_1">&lt;1&gt;</label><label for="__tabbed_4_2">&lt;2&gt;</label><label for="__tabbed_4_3">&lt;3&gt;</label><label for="__tabbed_4_4">&lt;4&gt;</label><label for="__tabbed_4_5">&lt;5&gt;</label><label for="__tabbed_4_6">&lt;6&gt;</label><label for="__tabbed_4_7">&lt;7&gt;</label><label for="__tabbed_4_8">&lt;8&gt;</label><label for="__tabbed_4_9">&lt;9&gt;</label><label for="__tabbed_4_10">&lt;10&gt;</label><label for="__tabbed_4_11">&lt;11&gt;</label></div> <div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="4:11"><input checked="checked" id="__tabbed_4_1" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_2" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_3" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_4" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_5" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_6" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_7" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_8" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_9" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_10" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_11" name="__tabbed_4" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_4_1">&lt;1&gt;</label><label for="__tabbed_4_2">&lt;2&gt;</label><label for="__tabbed_4_3">&lt;3&gt;</label><label for="__tabbed_4_4">&lt;4&gt;</label><label for="__tabbed_4_5">&lt;5&gt;</label><label for="__tabbed_4_6">&lt;6&gt;</label><label for="__tabbed_4_7">&lt;7&gt;</label><label for="__tabbed_4_8">&lt;8&gt;</label><label for="__tabbed_4_9">&lt;9&gt;</label><label for="__tabbed_4_10">&lt;10&gt;</label><label for="__tabbed_4_11">&lt;11&gt;</label></div>
<div class="tabbed-content"> <div class="tabbed-content">
<div class="tabbed-block"> <div class="tabbed-block">
@ -2359,11 +2359,11 @@
</div> </div>
<div class="admonition question"> <div class="admonition question">
<p class="admonition-title">深度优先遍历的序列是否唯一?</p> <p class="admonition-title">深度优先遍历的序列是否唯一?</p>
<p>与广度优先遍历类似,深度优先遍历序列的顺序也不是唯一的。给定某顶点,先往哪个方向探索都,都是深度优先遍历。</p> <p>与广度优先遍历类似,深度优先遍历序列的顺序也不是唯一的。给定某顶点,先往哪个方向探索都可以,即邻接顶点的顺序可以任意打乱,都是深度优先遍历。</p>
<p>以树的遍历为例,“根 <span class="arithmatex">\(\rightarrow\)</span><span class="arithmatex">\(\rightarrow\)</span> 右”、“左 <span class="arithmatex">\(\rightarrow\)</span><span class="arithmatex">\(\rightarrow\)</span> 右”、“左 <span class="arithmatex">\(\rightarrow\)</span><span class="arithmatex">\(\rightarrow\)</span> 根”分别对应前序、中序、后序遍历,体现三种不同的遍历优先级,而三者都属于深度优先遍历。</p> <p>以树的遍历为例,“根 <span class="arithmatex">\(\rightarrow\)</span><span class="arithmatex">\(\rightarrow\)</span> 右”、“左 <span class="arithmatex">\(\rightarrow\)</span><span class="arithmatex">\(\rightarrow\)</span> 右”、“左 <span class="arithmatex">\(\rightarrow\)</span><span class="arithmatex">\(\rightarrow\)</span> 根”分别对应前序、中序、后序遍历,它们展示了三种不同的遍历优先级,然而这三者都属于深度优先遍历。</p>
</div> </div>
<h3 id="_4">复杂度分析<a class="headerlink" href="#_4" title="Permanent link">&para;</a></h3> <h3 id="_4">复杂度分析<a class="headerlink" href="#_4" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p><strong>时间复杂度:</strong> 所有顶点都被访问一次;所有边都被访问了 <span class="arithmatex">\(2\)</span> 次,使用 <span class="arithmatex">\(O(2|E|)\)</span> 时间;总体使用 <span class="arithmatex">\(O(|V| + |E|)\)</span> 时间。</p> <p><strong>时间复杂度:</strong> 所有顶点都会被访问 <span class="arithmatex">\(1\)</span> 次,使用 <span class="arithmatex">\(O(|V|)\)</span> 时间;所有边都会被访问 <span class="arithmatex">\(2\)</span> 次,使用 <span class="arithmatex">\(O(2|E|)\)</span> 时间;总体使用 <span class="arithmatex">\(O(|V| + |E|)\)</span> 时间。</p>
<p><strong>空间复杂度:</strong> 列表 <code>res</code> ,哈希表 <code>visited</code> 顶点数量最多为 <span class="arithmatex">\(|V|\)</span> ,递归深度最大为 <span class="arithmatex">\(|V|\)</span> ,因此使用 <span class="arithmatex">\(O(|V|)\)</span> 空间。</p> <p><strong>空间复杂度:</strong> 列表 <code>res</code> ,哈希表 <code>visited</code> 顶点数量最多为 <span class="arithmatex">\(|V|\)</span> ,递归深度最大为 <span class="arithmatex">\(|V|\)</span> ,因此使用 <span class="arithmatex">\(O(|V|)\)</span> 空间。</p>

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@ -1681,17 +1681,17 @@
<h1 id="94">9.4. &nbsp; 小结<a class="headerlink" href="#94" title="Permanent link">&para;</a></h1> <h1 id="94">9.4. &nbsp; 小结<a class="headerlink" href="#94" title="Permanent link">&para;</a></h1>
<ul> <ul>
<li>图由顶点和边组成,可以表示为一组顶点和一组边构成的集合。</li> <li>图由顶点和边组成,可以表示为一组顶点和一组边构成的集合。</li>
<li>比线性关系(链表)和分治关系(树),网络关系(图)的自由度更高,也从而更为复杂。</li> <li>较于线性关系(链表)和分治关系(树),网络关系(图)具有更高的自由度,因而更为复杂。</li>
<li>有向图的边存在方向,连通图中的任意顶点都可达,有权图的每条边都包含权重变量。</li> <li>有向图的边具有方向性,连通图中的任意顶点均可达,有权图的每条边都包含权重变量。</li>
<li>邻接矩阵使用方阵来表示图,每一行(列)代表一个顶点,矩阵元素代表边,使<span class="arithmatex">\(1\)</span><span class="arithmatex">\(0\)</span> 表示两个顶点之间有边或无边。邻接矩阵的增删查操作效率很高,但占用空间大</li> <li>邻接矩阵利用矩阵来表示图,每一行(列)代表一个顶点,矩阵元素代表边,用 <span class="arithmatex">\(1\)</span><span class="arithmatex">\(0\)</span> 表示两个顶点之间有边或无边。邻接矩阵在增删查操作上效率很高,但空间占用较多</li>
<li>邻接表使用多个链表来表示图,第 <span class="arithmatex">\(i\)</span> 条链表对应顶点 <span class="arithmatex">\(i\)</span> ,其中存储了该顶点的所有邻接顶点。邻接表相对邻接矩阵更加节省空间,但由于需要通过遍历链表来查找边,因此时间效率较低。</li> <li>邻接表使用多个链表来表示图,第 <span class="arithmatex">\(i\)</span> 条链表对应顶点 <span class="arithmatex">\(i\)</span> ,其中存储了该顶点的所有邻接顶点。邻接表相对邻接矩阵更加节省空间,但由于需要遍历链表来查找边,时间效率较低。</li>
<li>当邻接表中的链表过长时,可以将其转为红黑树或哈希表,从而提升查询效率。</li> <li>当邻接表中的链表过长时,可以将其转为红黑树或哈希表,从而提升查询效率。</li>
<li>从算法思想角度分析,邻接矩阵体现“以空间换时间”,邻接表体现“以时间换空间”</li> <li>从算法思想角度分析,邻接矩阵体现“以空间换时间”,邻接表体现“以时间换空间”</li>
<li>图可用于建模各类现实系统,如社交网络、地铁线路等。</li> <li>图可用于建模各类现实系统,如社交网络、地铁线路等。</li>
<li>树是图的一种特例,树的遍历也是图的遍历的一种特例。</li> <li>树是图的一种特例,树的遍历也是图的遍历的一种特例。</li>
<li>图的广度优先遍历是一种由近及远、层层扩张的搜索方式,常借助队列实现。</li> <li>图的广度优先遍历是一种由近及远、层层扩张的搜索方式,常借助队列实现。</li>
<li>图的深度优先遍历是一种优先走到底、无路可走再回头的搜索方式,常基于递归来实现。</li> <li>图的深度优先遍历是一种优先走到底、无路可走时再回溯的搜索方式,常基于递归来实现。</li>
</ul> </ul>

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@ -1794,63 +1794,63 @@
<h1 id="62">6.2. &nbsp; 哈希冲突<a class="headerlink" href="#62" title="Permanent link">&para;</a></h1> <h1 id="62">6.2. &nbsp; 哈希冲突<a class="headerlink" href="#62" title="Permanent link">&para;</a></h1>
<p>理想情况下,哈希函数应该为每个输入产生唯一的输出,使得 key 和 value 一一对应。而实际上,往往存在向哈希函数输入不同的 key 而产生相同输出的情况,这种情况被称为「哈希冲突 Hash Collision」。哈希冲突会导致查询结果错误,从而严重影响哈希表的可用性。</p> <p>在理想情况下,哈希函数应为每个输入生成唯一的输出,实现 key 和 value 的一一对应。然而实际上,向哈希函数输入不同的 key 却产生相同输出的情况是存在的,这种现象被称为「哈希冲突 Hash Collision」。哈希冲突可能导致查询结果错误,从而严重影响哈希表的可用性。</p>
<p>那么,为什么会出现哈希冲突呢?本质上看,<strong>由于哈希函数的输入空间往往远大于输出空间</strong>,因此不可避免地会出现多个输入产生相同输出的情况,即为哈希冲突。比如,输入空间是全体整数,输出空间是一个固定大小的数组,那么必定会有多个整数映射到同一个数组索引。</p> <p>那么,为何会出现哈希冲突呢?从本质上看,由于哈希函数的输入空间通常远大于输出空间,因此多个输入产生相同输出的情况是不可避免的。例如,若输入空间为全体整数,而输出空间为固定大小的数组,则必然有多个整数映射至同一数组索引。</p>
<p>为了缓解哈希冲突,一方面,<strong>我们可以通过哈希表扩容来减小冲突概率</strong>。极端情况下,当输入空间和输出空间大小相等时,哈希表就等价于数组了,每个 key 都对应唯一的数组索引,可谓“大力出奇迹”。</p> <p>为了减轻哈希冲突,一方面,<strong>可以通过扩大哈希表容量来降低冲突概率</strong>。极端情况下,当输入空间和输出空间大小相等时,哈希表等同于数组,每个 key 都对应唯一的数组索引,可谓“大力出奇迹”。</p>
<p>另一方面,<strong>考虑通过优化哈希表的表示来缓解哈希冲突</strong>,常见的方法有「链式地址 Separate Chaining」和「开放寻址 Open Addressing」。</p> <p>另一方面,<strong>可以考虑优化哈希表的表示以缓解哈希冲突</strong>,常用方法包括「链式地址 Separate Chaining」和「开放寻址 Open Addressing」。</p>
<h2 id="621">6.2.1. &nbsp; 哈希表扩容<a class="headerlink" href="#621" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="621">6.2.1. &nbsp; 哈希表扩容<a class="headerlink" href="#621" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>哈希函数的最后一步往往是对桶数量 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 取余,以将哈希值映射到桶的索引范围,从而将 key 放入对应的桶中。当哈希表容量越大(即 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 越大)时,多个 key 被分配到同一个桶中的概率就越低,冲突就越少。</p> <p>哈希函数的最后一步通常是对桶数量 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 取余,作用是将哈希值映射到桶索引范围,从而将 key 放入对应的桶中。当哈希表容量越大(即 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 越大)时,多个 key 被分配到同一个桶中的概率就越低,冲突就越少。</p>
<p>因此,<strong>在哈希表内的冲突整体比较严重时,编程语言一般通过扩容哈希表来缓解</strong>。与数组扩容类似,哈希表扩容需要将所有键值对从原哈希表移动至新哈希表,<strong>开销很大</strong></p> <p>因此,<strong>当哈希表内的冲突总体较为严重时,编程语言通常通过扩容哈希表来缓解冲突</strong>。类似于数组扩容,哈希表扩容需将所有键值对从原哈希表迁移至新哈希表,开销较大</p>
<p>编程语言一般使用「负载因子 Load Factor」来评估哈希冲突的严重程度,<strong>定义为哈希表中元素数量除以桶数量</strong>,常作哈希表扩容的触发条件。比如在 Java 中,当负载因子 <span class="arithmatex">\(&gt; 0.75\)</span> 时,系统会将 HashMap 容量扩充至原先的 <span class="arithmatex">\(2\)</span> 倍。</p> <p>编程语言通常使用「负载因子 Load Factor」来衡量哈希冲突的严重程度,<strong>定义为哈希表中元素数量除以桶数量</strong>,常作哈希表扩容的触发条件。在 Java 中,当负载因子 <span class="arithmatex">\(&gt; 0.75\)</span> 时,系统会将 HashMap 容量扩展为原先的 <span class="arithmatex">\(2\)</span> 倍。</p>
<h2 id="622">6.2.2. &nbsp; 链式地址<a class="headerlink" href="#622" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="622">6.2.2. &nbsp; 链式地址<a class="headerlink" href="#622" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>在原始哈希表中,每个桶只能存储一个键值对。<strong>链式地址考虑将单个元素转化成一个链表,将键值对作为链表结点,将所有冲突键值对都存储在一个链表中</strong></p> <p>在原始哈希表中,每个桶仅能存储一个键值对。<strong>链式地址将单个元素转换为链表,将键值对作为链表节点,将所有发生冲突的键值对都存储在同一链表中</strong></p>
<p><img alt="链式地址" src="../hash_collision.assets/hash_collision_chaining.png" /></p> <p><img alt="链式地址" src="../hash_collision.assets/hash_collision_chaining.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 链式地址 </p> <p align="center"> Fig. 链式地址 </p>
<p>链式地址下,哈希表操作方法为</p> <p>链式地址下,哈希表的操作方法包括</p>
<ul> <ul>
<li><strong>查询元素</strong>:输入 key ,经过哈希函数得到数组索引,即可访问链表头结点,再通过遍历链表并对比 key 来查找键值对。</li> <li><strong>查询元素</strong>:输入 key ,经过哈希函数得到数组索引,即可访问链表头结点,然后遍历链表并对比 key 以查找目标键值对。</li>
<li><strong>添加元素</strong>:先通过哈希函数访问链表头结点,再将结点(即键值对)添加到链表即可</li> <li><strong>添加元素</strong>:先通过哈希函数访问链表头结点,然后将结点(即键值对)添加到链表中</li>
<li><strong>删除元素</strong>同样先根据哈希函数结果访问链表头部,再遍历链表查找对应结点,删除之即可</li> <li><strong>删除元素</strong>根据哈希函数的结果访问链表头部,接着遍历链表以查找目标结点,并将其删除</li>
</ul> </ul>
<p>链式地址虽然解决了哈希冲突问题,但仍存在局限性,包括:</p> <p>尽管链式地址法解决了哈希冲突问题,但仍存在一些局限性,包括:</p>
<ul> <ul>
<li><strong>占用空间变大</strong>,因为链表或二叉树包含结点指针,相比于数组更加耗费内存空间;</li> <li><strong>占用空间增大</strong>,由于链表或二叉树包含结点指针,相比数组更加耗费内存空间;</li>
<li><strong>查询效率降低</strong>,因为需要线性遍历链表来查找对应元素;</li> <li><strong>查询效率降低</strong>,因为需要线性遍历链表来查找对应元素;</li>
</ul> </ul>
<p>为了提升操作效率,<strong>可以把「链表」转化为「AVL 树」或「红黑树」</strong>,将查询操作的时间复杂度优化至 <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span></p> <p>为了提高操作效率,<strong>可以将链表转换为「AVL 树」或「红黑树」</strong>,将查询操作的时间复杂度优化至 <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span></p>
<h2 id="623">6.2.3. &nbsp; 开放寻址<a class="headerlink" href="#623" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="623">6.2.3. &nbsp; 开放寻址<a class="headerlink" href="#623" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>「开放寻址」不引入额外数据结构,而是通过“多次探测”来解决哈希冲突。根据探测方法的不同主要分为 <strong>线性探测、平方探测、多次哈希</strong></p> <p>「开放寻址」方法不引入额外数据结构,而是通过“多次探测”来解决哈希冲突,<strong>探测方主要包括线性探测、平方探测、多次哈希</strong></p>
<h3 id="_1">线性探测<a class="headerlink" href="#_1" title="Permanent link">&para;</a></h3> <h3 id="_1">线性探测<a class="headerlink" href="#_1" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>「线性探测」使用固定步长的线性查找来解决哈希冲突。</p> <p>「线性探测」用固定步长的线性查找来解决哈希冲突。</p>
<p><strong>插入元素</strong>如果出现哈希冲突,则从冲突位置向后线性遍历(步长一般取 1 ),直到找到一个空位,则将元素插入到该空位中。</p> <p><strong>插入元素</strong>若出现哈希冲突,则从冲突位置向后线性遍历(步长通常为 <span class="arithmatex">\(1\)</span> ),直至找到空位,将元素插入其中。</p>
<p><strong>查找元素</strong>若出现哈希冲突,则使用相同步长执行线性查找,会遇到两种情况:</p> <p><strong>查找元素</strong>在出现哈希冲突时,使用相同步长进行线性查找,可能遇到以下两种情况。</p>
<ol> <ol>
<li>找到对应元素,返回 value 即可;</li> <li>找到对应元素,返回 value 即可;</li>
<li>若遇到空位,则说明查找键值对不在哈希表中;</li> <li>若遇到空位,说明目标键值对不在哈希表中;</li>
</ol> </ol>
<p><img alt="线性探测" src="../hash_collision.assets/hash_collision_linear_probing.png" /></p> <p><img alt="线性探测" src="../hash_collision.assets/hash_collision_linear_probing.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 线性探测 </p> <p align="center"> Fig. 线性探测 </p>
<p>线性探测存在以下缺陷:</p> <p>线性探测存在以下缺陷:</p>
<ul> <ul>
<li><strong>不能直接删除元素</strong>。删除元素会导致数组内出现一个空位,在查找其他元素时,该空位有可能导致程序认为元素不存在(即上述第 <code>2.</code> 种情况)。因此需要借助一个标志位来标记删除元素。</li> <li><strong>不能直接删除元素</strong>。删除元素会在数组内产生一个空位,查找其他元素时,该空位可能导致程序误判元素不存在(即上述第 <code>2.</code> 种情况)。因此需要借助一个标志位来标记删除元素。</li>
<li><strong>容易产生聚集</strong>。数组内被占用的连续位置越长,这些连续位置发生哈希冲突的可能性越大,从而进一步促进这一位置的“聚堆生长”,最终导致增删查改操作效率的劣化</li> <li><strong>容易产生聚集</strong>。数组内连续被占用位置越长,这些连续位置发生哈希冲突的可能性越大,进一步促使这一位置的“聚堆生长”,最终导致增删查改操作效率降低</li>
</ul> </ul>
<h3 id="_2">多次哈希<a class="headerlink" href="#_2" title="Permanent link">&para;</a></h3> <h3 id="_2">多次哈希<a class="headerlink" href="#_2" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>顾名思义,「多次哈希」的思路是使用多个哈希函数 <span class="arithmatex">\(f_1(x)\)</span> , <span class="arithmatex">\(f_2(x)\)</span> , <span class="arithmatex">\(f_3(x)\)</span> , <span class="arithmatex">\(\cdots\)</span> 进行探测。</p> <p>顾名思义,「多次哈希」方法是使用多个哈希函数 <span class="arithmatex">\(f_1(x)\)</span> , <span class="arithmatex">\(f_2(x)\)</span> , <span class="arithmatex">\(f_3(x)\)</span> , <span class="arithmatex">\(\cdots\)</span> 进行探测。</p>
<p><strong>插入元素</strong>:若哈希函数 <span class="arithmatex">\(f_1(x)\)</span> 出现冲突,则尝试 <span class="arithmatex">\(f_2(x)\)</span> ,以此类推……直到找到空位后插入元素。</p> <p><strong>插入元素</strong>:若哈希函数 <span class="arithmatex">\(f_1(x)\)</span> 出现冲突,则尝试 <span class="arithmatex">\(f_2(x)\)</span> ,以此类推直到找到空位后插入元素。</p>
<p><strong>查找元素</strong>以相同的哈希函数顺序查找,存在两种情况:</p> <p><strong>查找元素</strong>在相同的哈希函数顺序下进行查找,存在以下两种情况:</p>
<ol> <ol>
<li>找到目标元素,则返回之;</li> <li>如果找到目标元素,则返回之;</li>
<li>到空位或已尝试所有哈希函数,说明哈希表中无此元素;</li> <li>若遇到空位或已尝试所有哈希函数,则说明哈希表中不存在该元素;</li>
</ol> </ol>
<p>相比于「线性探测」,「多次哈希」方法更不容易产生聚集,代价是多个哈希函数增加了额外计算量。</p> <p>与线性探测相比,多次哈希方法不易产生聚集,但多个哈希函数会增加额外的计算量。</p>
<div class="admonition note"> <div class="admonition note">
<p class="admonition-title">工业界方案</p> <p class="admonition-title">哈希表设计方案</p>
<p>Java 采用「链式地址」。在 JDK 1.8 之后HashMap 内数组长度大于 64 时,长度大于 8 的链表会被转化为「红黑树」,以提升查找性能。</p> <p>Java 采用「链式地址」。自 JDK 1.8 以来,当 HashMap 内数组长度大于 64 且链表长度大于 8 时,链表会被转换为「红黑树」以提升查找性能。</p>
<p>Python 采用「开放寻址」。字典 dict 使用伪随机数进行探测。 </p> <p>Python 采用「开放寻址」。字典 dict 使用伪随机数进行探测。</p>
<p>Golang 采用「链式地址」。Go 规定每个桶最多存储 8 个键值对,超出容量则连接一个溢出桶;当溢出桶过多时,会执行一次特殊的等量扩容操作,以保性能。</p> <p>Golang 采用「链式地址」。Go 规定每个桶最多存储 8 个键值对,超出容量则连接一个溢出桶;当溢出桶过多时,会执行一次特殊的等量扩容操作,以保性能。</p>
</div> </div>

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@ -1768,20 +1768,20 @@
<h1 id="61">6.1. &nbsp; 哈希表<a class="headerlink" href="#61" title="Permanent link">&para;</a></h1> <h1 id="61">6.1. &nbsp; 哈希表<a class="headerlink" href="#61" title="Permanent link">&para;</a></h1>
<p>哈希表通过建立「键 key」和「值 value」之间的映射实现高效的元素查找。具体地输入一个 key ,在哈希表中查询并获取 value ,时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span></p> <p>哈希表通过建立「键 key」与「值 value」之间的映射实现高效的元素查询。具体而言我们向哈希表输入一个 key则可以在 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> 时间内获取对应的 value</p>
<p>例如,给定一个包含 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 个学生的数据库,每个学生有“姓名 <code>name</code> ”和“学号 <code>id</code> ”两项数据,希望实现一个查询功能:<strong>输入一个学号,返回对应的姓名</strong>,则可以使用哈希表实现。</p> <p>一个包含 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 个学生的数据库为例,每个学生有“姓名 <code>name</code>”和“学号 <code>id</code>”两项数据。假如我们希望实现查询功能,例如“输入一个学号,返回对应的姓名”,则可以采用哈希表来实现。</p>
<p><img alt="哈希表的抽象表示" src="../hash_map.assets/hash_map.png" /></p> <p><img alt="哈希表的抽象表示" src="../hash_map.assets/hash_map.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 哈希表的抽象表示 </p> <p align="center"> Fig. 哈希表的抽象表示 </p>
<h2 id="611">6.1.1. &nbsp; 哈希表效率<a class="headerlink" href="#611" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="611">6.1.1. &nbsp; 哈希表效率<a class="headerlink" href="#611" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>哈希表外,还可以使用以下数据结构来实现上述查询功能:</p> <p>除哈希表外,还可以使用以下数据结构来实现上述查询功能:</p>
<ol> <ol>
<li><strong>无序数组</strong>:每个元素为 <code>[学号, 姓名]</code> </li> <li><strong>无序数组</strong>:每个元素为 <code>[学号, 姓名]</code> </li>
<li><strong>有序数组</strong>:将 <code>1.</code> 中的数组按照学号从小到大排序;</li> <li><strong>有序数组</strong>:将 <code>1.</code> 中的数组按照学号从小到大排序;</li>
<li><strong>链表</strong>:每个结点的值为 <code>[学号, 姓名]</code> </li> <li><strong>链表</strong>:每个结点的值为 <code>[学号, 姓名]</code> </li>
<li><strong>二叉搜索树</strong>:每个结点的值为 <code>[学号, 姓名]</code> ,根据学号大小来构建树;</li> <li><strong>二叉搜索树</strong>:每个结点的值为 <code>[学号, 姓名]</code> ,根据学号大小来构建树;</li>
</ol> </ol>
<p>使用上述方法,各项操作的时间复杂度如下表所示(在此不做赘述,详解可见 <a href="https://www.hello-algo.com/chapter_tree/binary_search_tree/">二叉搜索树章节</a>)。无论是查找元素还是增删元素,哈希表的时间复杂度都是 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> ,全面胜出!</p> <p>各项操作的时间复杂度如下表所示(详解可见<a href="https://www.hello-algo.com/chapter_tree/binary_search_tree/">二叉搜索树章节</a>)。无论是查找元素还是增删元素,哈希表的时间复杂度都是 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span>,全面胜出!</p>
<div class="center-table"> <div class="center-table">
<table> <table>
<thead> <thead>
@ -2149,15 +2149,15 @@
</div> </div>
</div> </div>
<h2 id="613">6.1.3. &nbsp; 哈希函数<a class="headerlink" href="#613" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="613">6.1.3. &nbsp; 哈希函数<a class="headerlink" href="#613" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>哈希表的底层实现是数组,并且可能包含链表、二叉树(红黑树)等数据结构,以提升查询性能(下节会讨论)。</p> <p>哈希表的底层实现为数组,同时可能包含链表、二叉树(红黑树)等数据结构,以提高查询性能(将在下节讨论)。</p>
<p>首先考虑最简单的情况,<strong>仅用一个数组来实现哈希表</strong>根据习惯,我们将数组中的每个空位称为「桶 Bucket」用于存储键值对。</p> <p>首先考虑最简单的情况,<strong>使用一个数组来实现哈希表</strong>通常,我们将数组中的每个空位称为「桶 Bucket」用于存储键值对。</p>
<p>我们将键值对 key, value 装成一个类 <code>Entry</code> ,并将所有 <code>Entry</code> 都放入数组中,那么每个 <code>Entry</code> 在数组中都有唯一的索引。为了建立 key 和索引之间的映射关系,我们需要使用「哈希函数 Hash Function」。</p> <p>我们将键值对 key, value 装成一个类 <code>Entry</code> ,并将所有 <code>Entry</code> 放入数组中。这样,数组中的每个 <code>Entry</code>有唯一的索引。为了建立 key 和索引之间的映射关系,我们需要使用「哈希函数 Hash Function」。</p>
<p>设哈希表的数组为 <code>buckets</code> ,哈希函数为 <code>f(x)</code> ,那么查询操作的步骤</p> <p>设哈希表的数组为 <code>buckets</code> ,哈希函数为 <code>f(x)</code> ,那么查询操作的步骤如下</p>
<ol> <ol>
<li>输入 <code>key</code> ,通过哈希函数计算出索引 <code>index</code> ,即 <code>index = f(key)</code> </li> <li>输入 <code>key</code> ,通过哈希函数计算出索引 <code>index</code> ,即 <code>index = f(key)</code> </li>
<li>通过索引在数组中访问到键值对 <code>entry</code> ,即 <code>entry = buckets[index]</code> 并在 <code>entry</code> 中获取 <code>value</code> 即可</li> <li>通过索引在数组中访问到键值对 <code>entry</code> ,即 <code>entry = buckets[index]</code> 然后从 <code>entry</code> 中获取对应的 <code>value</code> </li>
</ol> </ol>
<p>上述学生数据 <code>key 学号 -&gt; value 姓名</code> 为例,我们可以将「哈希函数」设计为</p> <p>以学生数据 <code>key 学号 -&gt; value 姓名</code> 为例,我们可以设计如下哈希函数:</p>
<div class="arithmatex">\[ <div class="arithmatex">\[
f(x) = x \% 100 f(x) = x \% 100
\]</div> \]</div>
@ -3003,19 +3003,19 @@ f(x) = x \% 100
</div> </div>
</div> </div>
<h2 id="614">6.1.4. &nbsp; 哈希冲突<a class="headerlink" href="#614" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="614">6.1.4. &nbsp; 哈希冲突<a class="headerlink" href="#614" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>细心的同学可能会发现,<strong>哈希函数 <span class="arithmatex">\(f(x) = x \% 100\)</span> 会在某些情况下失效</strong>。具体地,当输入的 key 后两位相同时,哈希函数的计算结果也相同,指向同一个 value 。例如,分别查询两个学号 <span class="arithmatex">\(12836\)</span><span class="arithmatex">\(20336\)</span> ,则有</p> <p>细心的你可能已经注意到,<strong>在某些情况下,哈希函数 <span class="arithmatex">\(f(x) = x % 100\)</span> 可能无法正常工作</strong>。具体来说,当输入的 key 后两位相同时,哈希函数的计算结果也相同,从而指向同一个 value 。例如,查询学号 <span class="arithmatex">\(12836\)</span><span class="arithmatex">\(20336\)</span> 的两个学生时,我们得到:</p>
<div class="arithmatex">\[ <div class="arithmatex">\[
f(12836) = f(20336) = 36 f(12836) = f(20336) = 36
\]</div> \]</div>
<p>两个学号指向了同一个姓名,这明显是不对的,我们将这种现象称为「哈希冲突 Hash Collision」。如何避免哈希冲突的问题将被留在下章讨论</p> <p>这两个学号指向了同一个姓名,这显然是错误的。我们把这种情况称为「哈希冲突 Hash Collision」。在后续章节中我们将讨论如何解决哈希冲突的问题</p>
<p><img alt="哈希冲突示例" src="../hash_map.assets/hash_collision.png" /></p> <p><img alt="哈希冲突示例" src="../hash_map.assets/hash_collision.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 哈希冲突示例 </p> <p align="center"> Fig. 哈希冲突示例 </p>
<p>综上所述,一个优秀的哈希函数具备以下特性:</p> <p>综上所述,一个优秀的哈希函数应具备以下特性:</p>
<ul> <ul>
<li>量少地发生哈希冲突</li> <li>可能减少哈希冲突的发生</li>
<li>时间复杂度 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> ,计算尽可能高效</li> <li>查询效率高且稳定,能够在绝大多数情况下达到 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> 时间复杂度</li>
<li>空间使用率高,即“键值对占用空间 / 哈希表总占用空间”尽可能大</li> <li>较高的空间利用率,即使“键值对占用空间 / 哈希表总占用空间”比例最大化</li>
</ul> </ul>

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@ -1681,15 +1681,15 @@
<h1 id="63">6.3. &nbsp; 小结<a class="headerlink" href="#63" title="Permanent link">&para;</a></h1> <h1 id="63">6.3. &nbsp; 小结<a class="headerlink" href="#63" title="Permanent link">&para;</a></h1>
<ul> <ul>
<li>向哈希表中输入一个键 key ,查询到值 value 的时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> ,非常高</li> <li>哈希表能够在 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> 时间内将键 key 映射到值 value效率非常高。</li>
<li>哈希表的常用操作包括查询、添加与删除键值对、遍历键值对等。</li> <li>常见的哈希表操作包括查询、添加与删除键值对、遍历键值对等。</li>
<li>哈希函数将 key 映射到桶(数组)索引,从而访问到对应的值 value 。</li> <li>哈希函数将 key 映射为数组索引(桶),以便访问对应的值 value 。</li>
<li>两个不同的 key 经过哈希函数可能得到相同的桶索引,进而发生哈希冲突,导致查询错误</li> <li>两个不同的 key 可能在经过哈希函数后得到相同的索引,导致查询结果出错,这种现象被称为哈希冲突</li>
<li>缓解哈希冲突的途径有两种:哈希表扩容、优化哈希表的表示方式</li> <li>缓解哈希冲突的方法主要有扩容哈希表和优化哈希表的表示方法</li>
<li>负载因子定义为哈希表中元素数量除以桶槽数量,体现哈希冲突的严重程度,常用作哈希表扩容的触发条件。与数组扩容的原理类似,哈希表扩容操作开销也很大</li> <li>负载因子定义为哈希表中元素数量除以桶数量,反映了哈希冲突的严重程度,常用作触发哈希表扩容的条件。与数组扩容类似,哈希表扩容操作也会产生较大的开销</li>
<li>链式地址考虑将单个元素转化成一个链表,将所有冲突元素都存储在一个链表中,从而解决哈希冲突。链表过长会导致查询效率变低,可以通过把链表转化为 AVL 树或红黑树来解决</li> <li>链式地址通过将单个元素转化为链表,将所有冲突元素存储在同一个链表中,从而解决哈希冲突。然而,过长的链表会降低查询效率,可以通过将链表转换为 AVL 树或红黑树来改善</li>
<li>开放寻址通过多次探测来解决哈希冲突。线性探测使用固定步长,缺点是不能删除元素且容易产生聚集。多次哈希使用多个哈希函数进行探测,相对线性探测不容易产生聚集,代价是多个哈希函数增加了计算量。</li> <li>开放寻址通过多次探测来解决哈希冲突。线性探测使用固定步长,缺点是不能删除元素且容易产生聚集。多次哈希使用多个哈希函数进行探测,相对线性探测不易产生聚集,但多个哈希函数增加了计算量。</li>
<li>在工业界中Java 的 HashMap 采用链式地址、Python 的 Dict 采用开放寻址。</li> <li>不同编程语言采取了不同的哈希表实现策略。例如Java 的 HashMap 使用链式地址,而 Python 的 Dict 采用开放寻址。</li>
</ul> </ul>

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@ -1780,13 +1780,13 @@
<h1 id="82">8.2. &nbsp; 建堆操作 *<a class="headerlink" href="#82" title="Permanent link">&para;</a></h1> <h1 id="82">8.2. &nbsp; 建堆操作 *<a class="headerlink" href="#82" title="Permanent link">&para;</a></h1>
<p>如果我们想要根据输入列表来生成一个堆,这样的操作被称为「建堆」。</p> <p>如果我们想要根据输入列表生成一个堆,这个过程被称为「建堆」。</p>
<h2 id="821">8.2.1. &nbsp; 两种建堆方法<a class="headerlink" href="#821" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="821">8.2.1. &nbsp; 两种建堆方法<a class="headerlink" href="#821" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<h3 id="_1">借助入堆方法实现<a class="headerlink" href="#_1" title="Permanent link">&para;</a></h3> <h3 id="_1">借助入堆方法实现<a class="headerlink" href="#_1" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>最直接地,考虑借助「元素入堆」方法,先建立一个空堆,<strong>再将列表元素依次入堆即可</strong></p> <p>最直接的方法是借助“元素入堆操作”实现,首先创建一个空堆,然后将列表元素依次添加到堆中</p>
<p>设元素数量为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> ,则最后一个元素入堆的时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span> ,在依次入堆时,堆的平均长度为 <span class="arithmatex">\(\frac{n}{2}\)</span> ,因此该方法的总体时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(n \log n)\)</span></p> <p>设元素数量为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> ,则最后一个元素入堆的时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span> 。在依次添加元素时,堆的平均长度为 <span class="arithmatex">\(\frac{n}{2}\)</span> ,因此该方法的总体时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(n \log n)\)</span></p>
<h3 id="_2">基于堆化操作实现<a class="headerlink" href="#_2" title="Permanent link">&para;</a></h3> <h3 id="_2">基于堆化操作实现<a class="headerlink" href="#_2" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>有趣的是,存在一种更加高效的建堆方法,时间复杂度可以达到 <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> 。我们先将列表所有元素原封不动添加进堆,<strong>然后迭代地对各个结点执行「从顶至底堆化」</strong>。当然,<strong>无需对叶结点执行堆化</strong>,因为其没有子结点。</p> <p>有趣的是,存在一种更高效的建堆方法,其时间复杂度仅为 <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> 。我们先将列表所有元素原封不动添加到堆中,<strong>然后迭代地对各个结点执行“从顶至底堆化”</strong>。当然,<strong>我们不需要对叶结点执行堆化操作</strong>,因为它们没有子结点。</p>
<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="1:10"><input checked="checked" id="__tabbed_1_1" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_2" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_3" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_4" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_5" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_6" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_7" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_8" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_9" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_10" name="__tabbed_1" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_1_1">Java</label><label for="__tabbed_1_2">C++</label><label for="__tabbed_1_3">Python</label><label for="__tabbed_1_4">Go</label><label for="__tabbed_1_5">JavaScript</label><label for="__tabbed_1_6">TypeScript</label><label for="__tabbed_1_7">C</label><label for="__tabbed_1_8">C#</label><label for="__tabbed_1_9">Swift</label><label for="__tabbed_1_10">Zig</label></div> <div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="1:10"><input checked="checked" id="__tabbed_1_1" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_2" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_3" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_4" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_5" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_6" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_7" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_8" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_9" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_10" name="__tabbed_1" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_1_1">Java</label><label for="__tabbed_1_2">C++</label><label for="__tabbed_1_3">Python</label><label for="__tabbed_1_4">Go</label><label for="__tabbed_1_5">JavaScript</label><label for="__tabbed_1_6">TypeScript</label><label for="__tabbed_1_7">C</label><label for="__tabbed_1_8">C#</label><label for="__tabbed_1_9">Swift</label><label for="__tabbed_1_10">Zig</label></div>
<div class="tabbed-content"> <div class="tabbed-content">
<div class="tabbed-block"> <div class="tabbed-block">
@ -1909,21 +1909,21 @@
</div> </div>
</div> </div>
<h2 id="822">8.2.2. &nbsp; 复杂度分析<a class="headerlink" href="#822" title="Permanent link">&para;</a></h2> <h2 id="822">8.2.2. &nbsp; 复杂度分析<a class="headerlink" href="#822" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>第二种建堆方法的时间复杂度为什么<span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> ?我们来展开推算一下。</p> <p>为什么第二种建堆方法的时间复杂度是 <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> ?我们来展开推算一下。</p>
<ul> <ul>
<li>完全二叉树中,设结点总数为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> ,则叶结点数量为 <span class="arithmatex">\((n + 1) / 2\)</span> ,其中 <span class="arithmatex">\(/\)</span> 为向下整除。因此在排除叶结点后,需要堆化结点数量为 <span class="arithmatex">\((n - 1)/2\)</span> <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> </li> <li>完全二叉树中,设结点总数为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> ,则叶结点数量为 <span class="arithmatex">\((n + 1) / 2\)</span> ,其中 <span class="arithmatex">\(/\)</span> 为向下整除。因此在排除叶结点后,需要堆化结点数量为 <span class="arithmatex">\((n - 1)/2\)</span> 复杂度<span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> </li>
<li>从顶至底堆化中,每个结点最多堆化至叶结点,因此最大迭代次数为二叉树高度 <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span> </li> <li>在从顶至底堆化的过程中,每个结点最多堆化到叶结点,因此最大迭代次数为二叉树高度 <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span> </li>
</ul> </ul>
<p>将上述两者相乘,可得时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(n \log n)\)</span> 。这个估算结果不准确,因为我们没有考虑到 <strong>二叉树底层结点远多于顶层结点</strong> 的性质</p> <p>将上述两者相乘,可得到建堆过程的时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(n \log n)\)</span><strong>然而,这个估算结果不准确,因为我们没有考虑到二叉树底层结点数量远多于顶层结点的特性</strong></p>
<p>下面我们来展开计算。为了减小计算难度,我们假设树是一个「完美二叉树」,该假设不会影响计算结果的正确性。设二叉树(即堆)结点数量为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> ,树高度为 <span class="arithmatex">\(h\)</span> 。上文提到,<strong>结点堆化最大迭代次数等于该结点到叶结点的距离,而正是“结点高度”</strong></p> <p>接下来我们来进行更为详细的计算。为了减小计算难度,我们假设树是一个“完美二叉树”,该假设不会影响计算结果的正确性。设二叉树(即堆)结点数量为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> ,树高度为 <span class="arithmatex">\(h\)</span> 。上文提到,<strong>结点堆化最大迭代次数等于该结点到叶结点的距离,而该距离正是“结点高度”</strong></p>
<p><img alt="完美二叉树的各层结点数量" src="../build_heap.assets/heapify_operations_count.png" /></p> <p><img alt="完美二叉树的各层结点数量" src="../build_heap.assets/heapify_operations_count.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 完美二叉树的各层结点数量 </p> <p align="center"> Fig. 完美二叉树的各层结点数量 </p>
<p>因此,我们将各层的“结点数量 <span class="arithmatex">\(\times\)</span> 结点高度”求和,即可得到 <strong>所有结点的堆化迭代次数总和</strong></p> <p>因此,我们可以将各层的“结点数量 <span class="arithmatex">\(\times\)</span> 结点高度”求和,<strong>从而得到所有结点的堆化迭代次数总和</strong></p>
<div class="arithmatex">\[ <div class="arithmatex">\[
T(h) = 2^0h + 2^1(h-1) + 2^2(h-2) + \cdots + 2^{(h-1)}\times1 T(h) = 2^0h + 2^1(h-1) + 2^2(h-2) + \cdots + 2^{(h-1)}\times1
\]</div> \]</div>
<p>化简上式需要借助中学的数列知识,先对 <span class="arithmatex">\(T(h)\)</span> 乘以 <span class="arithmatex">\(2\)</span> </p> <p>化简上式需要借助中学的数列知识,先对 <span class="arithmatex">\(T(h)\)</span> 乘以 <span class="arithmatex">\(2\)</span> ,得</p>
<div class="arithmatex">\[ <div class="arithmatex">\[
\begin{aligned} \begin{aligned}
T(h) &amp; = 2^0h + 2^1(h-1) + 2^2(h-2) + \cdots + 2^{h-1}\times1 \newline T(h) &amp; = 2^0h + 2^1(h-1) + 2^2(h-2) + \cdots + 2^{h-1}\times1 \newline
@ -1934,7 +1934,7 @@ T(h) &amp; = 2^0h + 2^1(h-1) + 2^2(h-2) + \cdots + 2^{h-1}\times1 \newline
<div class="arithmatex">\[ <div class="arithmatex">\[
2T(h) - T(h) = T(h) = -2^0h + 2^1 + 2^2 + \cdots + 2^{h-1} + 2^h 2T(h) - T(h) = T(h) = -2^0h + 2^1 + 2^2 + \cdots + 2^{h-1} + 2^h
\]</div> \]</div>
<p>观察上式,<span class="arithmatex">\(T(h)\)</span> 是一个等比数列,可直接使用求和公式,得到时间复杂度为</p> <p>观察上式,发现 <span class="arithmatex">\(T(h)\)</span> 是一个等比数列,可直接使用求和公式,得到时间复杂度为</p>
<div class="arithmatex">\[ <div class="arithmatex">\[
\begin{aligned} \begin{aligned}
T(h) &amp; = 2 \frac{1 - 2^h}{1 - 2} - h \newline T(h) &amp; = 2 \frac{1 - 2^h}{1 - 2} - h \newline

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@ -2,272 +2,272 @@
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