Add ru version (#1865)

* Add Russian docs site baseline

* Add Russian localized codebase

* Polish Russian code wording

* Update ru code translation.

* Update code translation and chapter covers.

* Fix pythontutor extraction.

* Add README and landing page.

* placeholder of profiles

* Use figures of English version

* Remove chapter paperbook
This commit is contained in:
Yudong Jin
2026-03-28 04:24:07 +08:00
committed by GitHub
parent 2ca570cc33
commit 772183705e
1958 changed files with 108186 additions and 0 deletions
+10
View File
@@ -0,0 +1,10 @@
# Ignore all
*
# Unignore all with extensions
!*.*
# Unignore all dirs
!*/
*.dSYM/
build/
+20
View File
@@ -0,0 +1,20 @@
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(hello_algo CXX)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)
include_directories(./include)
add_subdirectory(chapter_computational_complexity)
add_subdirectory(chapter_array_and_linkedlist)
add_subdirectory(chapter_stack_and_queue)
add_subdirectory(chapter_hashing)
add_subdirectory(chapter_tree)
add_subdirectory(chapter_heap)
add_subdirectory(chapter_graph)
add_subdirectory(chapter_searching)
add_subdirectory(chapter_sorting)
add_subdirectory(chapter_divide_and_conquer)
add_subdirectory(chapter_backtracking)
add_subdirectory(chapter_dynamic_programming)
add_subdirectory(chapter_greedy)
@@ -0,0 +1,4 @@
add_executable(array array.cpp)
add_executable(linked_list linked_list.cpp)
add_executable(list list.cpp)
add_executable(my_list my_list.cpp)
@@ -0,0 +1,113 @@
/**
* File: array.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Случайный доступ к элементу */
int randomAccess(int *nums, int size) {
// Случайным образом выбрать число из интервала [0, size)
int randomIndex = rand() % size;
// Получить и вернуть случайный элемент
int randomNum = nums[randomIndex];
return randomNum;
}
/* Увеличить длину массива */
int *extend(int *nums, int size, int enlarge) {
// Инициализировать массив увеличенной длины
int *res = new int[size + enlarge];
// Скопировать все элементы исходного массива в новый массив
for (int i = 0; i < size; i++) {
res[i] = nums[i];
}
// Освободить память
delete[] nums;
// Вернуть новый массив после расширения
return res;
}
/* Вставить элемент num по индексу index в массив */
void insert(int *nums, int size, int num, int index) {
// Сдвинуть элемент с индексом index и все последующие элементы на одну позицию назад
for (int i = size - 1; i > index; i--) {
nums[i] = nums[i - 1];
}
// Присвоить num элементу по индексу index
nums[index] = num;
}
/* Удалить элемент по индексу index */
void remove(int *nums, int size, int index) {
// Сдвинуть все элементы после индекса index на одну позицию вперед
for (int i = index; i < size - 1; i++) {
nums[i] = nums[i + 1];
}
}
/* Обход массива */
void traverse(int *nums, int size) {
int count = 0;
// Обход массива по индексам
for (int i = 0; i < size; i++) {
count += nums[i];
}
}
/* Найти заданный элемент в массиве */
int find(int *nums, int size, int target) {
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (nums[i] == target)
return i;
}
return -1;
}
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация массива */
int size = 5;
int *arr = new int[size];
cout << "Массив arr = ";
printArray(arr, size);
int *nums = new int[size]{1, 3, 2, 5, 4};
cout << "Массив nums = ";
printArray(nums, size);
/* Случайный доступ */
int randomNum = randomAccess(nums, size);
cout << "Случайный элемент из nums = " << randomNum << endl;
/* Расширение длины */
int enlarge = 3;
nums = extend(nums, size, enlarge);
size += enlarge;
cout << "После увеличения длины массива до 8 nums = ";
printArray(nums, size);
/* Вставка элемента */
insert(nums, size, 6, 3);
cout << "После вставки числа 6 по индексу 3 nums = ";
printArray(nums, size);
/* Удаление элемента */
remove(nums, size, 2);
cout << "После удаления элемента по индексу 2 nums = ";
printArray(nums, size);
/* Обход массива */
traverse(nums, size);
/* Поиск элемента */
int index = find(nums, size, 3);
cout << "Индекс элемента 3 в nums = " << index << endl;
// Освободить память
delete[] arr;
delete[] nums;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,89 @@
/**
* File: linked_list.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Вставить узел P после узла n0 в связном списке */
void insert(ListNode *n0, ListNode *P) {
ListNode *n1 = n0->next;
P->next = n1;
n0->next = P;
}
/* Удалить первый узел после узла n0 в связном списке */
void remove(ListNode *n0) {
if (n0->next == nullptr)
return;
// n0 -> P -> n1
ListNode *P = n0->next;
ListNode *n1 = P->next;
n0->next = n1;
// Освободить память
delete P;
}
/* Доступ к узлу связного списка по индексу index */
ListNode *access(ListNode *head, int index) {
for (int i = 0; i < index; i++) {
if (head == nullptr)
return nullptr;
head = head->next;
}
return head;
}
/* Найти в связном списке первый узел со значением target */
int find(ListNode *head, int target) {
int index = 0;
while (head != nullptr) {
if (head->val == target)
return index;
head = head->next;
index++;
}
return -1;
}
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация связного списка */
// Инициализация всех узлов
ListNode *n0 = new ListNode(1);
ListNode *n1 = new ListNode(3);
ListNode *n2 = new ListNode(2);
ListNode *n3 = new ListNode(5);
ListNode *n4 = new ListNode(4);
// Построить ссылки между узлами
n0->next = n1;
n1->next = n2;
n2->next = n3;
n3->next = n4;
cout << "Инициализированный связный список" << endl;
printLinkedList(n0);
/* Вставка узла */
insert(n0, new ListNode(0));
cout << "Связный список после вставки узла" << endl;
printLinkedList(n0);
/* Удаление узла */
remove(n0);
cout << "Связный список после удаления узла" << endl;
printLinkedList(n0);
/* Доступ к узлу */
ListNode *node = access(n0, 3);
cout << "Значение узла по индексу 3 в связном списке = " << node->val << endl;
/* Поиск узла */
int index = find(n0, 2);
cout << "Индекс узла со значением 2 в связном списке = " << index << endl;
// Освободить память
freeMemoryLinkedList(n0);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,72 @@
/**
* File: list.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация списка */
vector<int> nums = {1, 3, 2, 5, 4};
cout << "Список nums = ";
printVector(nums);
/* Доступ к элементу */
int num = nums[1];
cout << "Элемент по индексу 1: num = " << num << endl;
/* Обновление элемента */
nums[1] = 0;
cout << "После обновления элемента по индексу 1 на 0 nums = ";
printVector(nums);
/* Очистить список */
nums.clear();
cout << "После очистки списка nums = ";
printVector(nums);
/* Добавление элемента в конец */
nums.push_back(1);
nums.push_back(3);
nums.push_back(2);
nums.push_back(5);
nums.push_back(4);
cout << "После добавления элемента nums = ";
printVector(nums);
/* Вставка элемента в середину */
nums.insert(nums.begin() + 3, 6);
cout << "После вставки числа 6 по индексу 3 nums = ";
printVector(nums);
/* Удаление элемента */
nums.erase(nums.begin() + 3);
cout << "После удаления элемента по индексу 3 nums = ";
printVector(nums);
/* Обходить список по индексам */
int count = 0;
for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
count += nums[i];
}
/* Непосредственно обходить элементы списка */
count = 0;
for (int x : nums) {
count += x;
}
/* Объединить два списка */
vector<int> nums1 = {6, 8, 7, 10, 9};
nums.insert(nums.end(), nums1.begin(), nums1.end());
cout << "После присоединения списка nums1 к nums nums = ";
printVector(nums);
/* Отсортировать список */
sort(nums.begin(), nums.end());
cout << "После сортировки списка nums = ";
printVector(nums);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,171 @@
/**
* File: my_list.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Класс списка */
class MyList {
private:
int *arr; // Массив (для хранения элементов списка)
int arrCapacity = 10; // Вместимость списка
int arrSize = 0; // Длина списка (текущее число элементов)
int extendRatio = 2; // Коэффициент увеличения списка при каждом расширении
public:
/* Конструктор */
MyList() {
arr = new int[arrCapacity];
}
/* Метод-деструктор */
~MyList() {
delete[] arr;
}
/* Получить длину списка (текущее число элементов) */
int size() {
return arrSize;
}
/* Получить вместимость списка */
int capacity() {
return arrCapacity;
}
/* Доступ к элементу */
int get(int index) {
// Если индекс выходит за границы, выбрасывается исключение; далее аналогично
if (index < 0 || index >= size())
throw out_of_range("индекс выходит за границы");
return arr[index];
}
/* Обновление элемента */
void set(int index, int num) {
if (index < 0 || index >= size())
throw out_of_range("индекс выходит за границы");
arr[index] = num;
}
/* Добавление элемента в конец */
void add(int num) {
// При превышении вместимости по числу элементов запускается расширение
if (size() == capacity())
extendCapacity();
arr[size()] = num;
// Обновить число элементов
arrSize++;
}
/* Вставка элемента в середину */
void insert(int index, int num) {
if (index < 0 || index >= size())
throw out_of_range("индекс выходит за границы");
// При превышении вместимости по числу элементов запускается расширение
if (size() == capacity())
extendCapacity();
// Сдвинуть элемент с индексом index и все следующие элементы на одну позицию назад
for (int j = size() - 1; j >= index; j--) {
arr[j + 1] = arr[j];
}
arr[index] = num;
// Обновить число элементов
arrSize++;
}
/* Удаление элемента */
int remove(int index) {
if (index < 0 || index >= size())
throw out_of_range("индекс выходит за границы");
int num = arr[index];
// Сдвинуть все элементы после индекса index на одну позицию вперед
for (int j = index; j < size() - 1; j++) {
arr[j] = arr[j + 1];
}
// Обновить число элементов
arrSize--;
// Вернуть удаленный элемент
return num;
}
/* Расширение списка */
void extendCapacity() {
// Создать новый массив длиной в extendRatio раз больше исходного массива
int newCapacity = capacity() * extendRatio;
int *tmp = arr;
arr = new int[newCapacity];
// Скопировать все элементы исходного массива в новый массив
for (int i = 0; i < size(); i++) {
arr[i] = tmp[i];
}
// Освободить память
delete[] tmp;
arrCapacity = newCapacity;
}
/* Преобразовать список в Vector для вывода */
vector<int> toVector() {
// Преобразовывать только элементы списка в пределах фактической длины
vector<int> vec(size());
for (int i = 0; i < size(); i++) {
vec[i] = arr[i];
}
return vec;
}
};
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация списка */
MyList *nums = new MyList();
/* Добавление элемента в конец */
nums->add(1);
nums->add(3);
nums->add(2);
nums->add(5);
nums->add(4);
cout << "Список nums = ";
vector<int> vec = nums->toVector();
printVector(vec);
cout << "Вместимость = " << nums->capacity() << ", длина = " << nums->size() << endl;
/* Вставка элемента в середину */
nums->insert(3, 6);
cout << "После вставки числа 6 по индексу 3 nums = ";
vec = nums->toVector();
printVector(vec);
/* Удаление элемента */
nums->remove(3);
cout << "После удаления элемента по индексу 3 nums = ";
vec = nums->toVector();
printVector(vec);
/* Доступ к элементу */
int num = nums->get(1);
cout << "Элемент по индексу 1: num = " << num << endl;
/* Обновление элемента */
nums->set(1, 0);
cout << "После обновления элемента по индексу 1 на 0 nums = ";
vec = nums->toVector();
printVector(vec);
/* Проверка механизма расширения */
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// При i = 5 длина списка превысит его вместимость, и в этот момент сработает механизм расширения
nums->add(i);
}
cout << "После расширения список nums = ";
vec = nums->toVector();
printVector(vec);
cout << "Вместимость = " << nums->capacity() << ", длина = " << nums->size() << endl;
// Освободить память
delete nums;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,10 @@
add_executable(preorder_traversal_i_compact preorder_traversal_i_compact.cpp)
add_executable(preorder_traversal_ii_compact preorder_traversal_ii_compact.cpp)
add_executable(preorder_traversal_iii_compact preorder_traversal_iii_compact.cpp)
add_executable(preorder_traversal_iii_template preorder_traversal_iii_template.cpp)
add_executable(permutations_i permutations_i.cpp)
add_executable(permutations_ii permutations_ii.cpp)
add_executable(n_queens n_queens.cpp)
add_executable(subset_sum_i_naive subset_sum_i_naive.cpp)
add_executable(subset_sum_i subset_sum_i.cpp)
add_executable(subset_sum_ii subset_sum_ii.cpp)
@@ -0,0 +1,65 @@
/**
* File: n_queens.cpp
* Created Time: 2023-05-04
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Алгоритм бэктрекинга: n ферзей */
void backtrack(int row, int n, vector<vector<string>> &state, vector<vector<vector<string>>> &res, vector<bool> &cols,
vector<bool> &diags1, vector<bool> &diags2) {
// Когда все строки уже обработаны, записать решение
if (row == n) {
res.push_back(state);
return;
}
// Обойти все столбцы
for (int col = 0; col < n; col++) {
// Вычислить главную и побочную диагонали, соответствующие этой клетке
int diag1 = row - col + n - 1;
int diag2 = row + col;
// Отсечение: в столбце, главной диагонали и побочной диагонали этой клетки не должно быть ферзей
if (!cols[col] && !diags1[diag1] && !diags2[diag2]) {
// Попытка: поставить ферзя в эту клетку
state[row][col] = "Q";
cols[col] = diags1[diag1] = diags2[diag2] = true;
// Перейти к размещению следующей строки
backtrack(row + 1, n, state, res, cols, diags1, diags2);
// Откат: восстановить эту клетку как пустую
state[row][col] = "#";
cols[col] = diags1[diag1] = diags2[diag2] = false;
}
}
}
/* Решить задачу о n ферзях */
vector<vector<vector<string>>> nQueens(int n) {
// Инициализировать доску размера n*n, где 'Q' обозначает ферзя, а '#' — пустую клетку
vector<vector<string>> state(n, vector<string>(n, "#"));
vector<bool> cols(n, false); // Отмечать, есть ли ферзь в столбце
vector<bool> diags1(2 * n - 1, false); // Отмечать наличие ферзя на главной диагонали
vector<bool> diags2(2 * n - 1, false); // Отмечать наличие ферзя на побочной диагонали
vector<vector<vector<string>>> res;
backtrack(0, n, state, res, cols, diags1, diags2);
return res;
}
/* Driver Code */
int main() {
int n = 4;
vector<vector<vector<string>>> res = nQueens(n);
cout << "Размер входной доски = " << n << endl;
cout << "Количество способов расстановки ферзей: " << res.size() << endl;
for (const vector<vector<string>> &state : res) {
cout << "--------------------" << endl;
for (const vector<string> &row : state) {
printVector(row);
}
}
return 0;
}
@@ -0,0 +1,54 @@
/**
* File: permutations_i.cpp
* Created Time: 2023-04-24
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Алгоритм бэктрекинга: все перестановки I */
void backtrack(vector<int> &state, const vector<int> &choices, vector<bool> &selected, vector<vector<int>> &res) {
// Когда длина состояния равна числу элементов, записать решение
if (state.size() == choices.size()) {
res.push_back(state);
return;
}
// Перебор всех вариантов выбора
for (int i = 0; i < choices.size(); i++) {
int choice = choices[i];
// Отсечение: нельзя выбирать один и тот же элемент повторно
if (!selected[i]) {
// Попытка: сделать выбор и обновить состояние
selected[i] = true;
state.push_back(choice);
// Перейти к следующему выбору
backtrack(state, choices, selected, res);
// Откат: отменить выбор и восстановить предыдущее состояние
selected[i] = false;
state.pop_back();
}
}
}
/* Все перестановки I */
vector<vector<int>> permutationsI(vector<int> nums) {
vector<int> state;
vector<bool> selected(nums.size(), false);
vector<vector<int>> res;
backtrack(state, nums, selected, res);
return res;
}
/* Driver Code */
int main() {
vector<int> nums = {1, 2, 3};
vector<vector<int>> res = permutationsI(nums);
cout << "Входной массив nums = ";
printVector(nums);
cout << "Все перестановки res = ";
printVectorMatrix(res);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,56 @@
/**
* File: permutations_ii.cpp
* Created Time: 2023-04-24
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Алгоритм бэктрекинга: все перестановки II */
void backtrack(vector<int> &state, const vector<int> &choices, vector<bool> &selected, vector<vector<int>> &res) {
// Когда длина состояния равна числу элементов, записать решение
if (state.size() == choices.size()) {
res.push_back(state);
return;
}
// Перебор всех вариантов выбора
unordered_set<int> duplicated;
for (int i = 0; i < choices.size(); i++) {
int choice = choices[i];
// Отсечение: нельзя выбирать один и тот же элемент повторно и нельзя повторно выбирать равные элементы
if (!selected[i] && duplicated.find(choice) == duplicated.end()) {
// Попытка: сделать выбор и обновить состояние
duplicated.emplace(choice); // Записать значения уже выбранных элементов
selected[i] = true;
state.push_back(choice);
// Перейти к следующему выбору
backtrack(state, choices, selected, res);
// Откат: отменить выбор и восстановить предыдущее состояние
selected[i] = false;
state.pop_back();
}
}
}
/* Все перестановки II */
vector<vector<int>> permutationsII(vector<int> nums) {
vector<int> state;
vector<bool> selected(nums.size(), false);
vector<vector<int>> res;
backtrack(state, nums, selected, res);
return res;
}
/* Driver Code */
int main() {
vector<int> nums = {1, 1, 2};
vector<vector<int>> res = permutationsII(nums);
cout << "Входной массив nums = ";
printVector(nums);
cout << "Все перестановки res = ";
printVectorMatrix(res);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,39 @@
/**
* File: preorder_traversal_i_compact.cpp
* Created Time: 2023-04-16
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
vector<TreeNode *> res;
/* Предварительный обход: пример 1 */
void preOrder(TreeNode *root) {
if (root == nullptr) {
return;
}
if (root->val == 7) {
// Записать решение
res.push_back(root);
}
preOrder(root->left);
preOrder(root->right);
}
/* Driver Code */
int main() {
TreeNode *root = vectorToTree(vector<int>{1, 7, 3, 4, 5, 6, 7});
cout << "\nИнициализация двоичного дерева" << endl;
printTree(root);
// Предварительный обход
preOrder(root);
cout << "\nВывести все узлы со значением 7" << endl;
vector<int> vals;
for (TreeNode *node : res) {
vals.push_back(node->val);
}
printVector(vals);
}
@@ -0,0 +1,46 @@
/**
* File: preorder_traversal_ii_compact.cpp
* Created Time: 2023-04-16
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
vector<TreeNode *> path;
vector<vector<TreeNode *>> res;
/* Предварительный обход: пример 2 */
void preOrder(TreeNode *root) {
if (root == nullptr) {
return;
}
// Попытка
path.push_back(root);
if (root->val == 7) {
// Записать решение
res.push_back(path);
}
preOrder(root->left);
preOrder(root->right);
// Откат
path.pop_back();
}
/* Driver Code */
int main() {
TreeNode *root = vectorToTree(vector<int>{1, 7, 3, 4, 5, 6, 7});
cout << "\nИнициализация двоичного дерева" << endl;
printTree(root);
// Предварительный обход
preOrder(root);
cout << "\nВывести все пути от корня к узлу 7" << endl;
for (vector<TreeNode *> &path : res) {
vector<int> vals;
for (TreeNode *node : path) {
vals.push_back(node->val);
}
printVector(vals);
}
}
@@ -0,0 +1,47 @@
/**
* File: preorder_traversal_iii_compact.cpp
* Created Time: 2023-04-16
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
vector<TreeNode *> path;
vector<vector<TreeNode *>> res;
/* Предварительный обход: пример 3 */
void preOrder(TreeNode *root) {
// Отсечение
if (root == nullptr || root->val == 3) {
return;
}
// Попытка
path.push_back(root);
if (root->val == 7) {
// Записать решение
res.push_back(path);
}
preOrder(root->left);
preOrder(root->right);
// Откат
path.pop_back();
}
/* Driver Code */
int main() {
TreeNode *root = vectorToTree(vector<int>{1, 7, 3, 4, 5, 6, 7});
cout << "\nИнициализация двоичного дерева" << endl;
printTree(root);
// Предварительный обход
preOrder(root);
cout << "\nВывести все пути от корня к узлу 7, не содержащие узлов со значением 3" << endl;
for (vector<TreeNode *> &path : res) {
vector<int> vals;
for (TreeNode *node : path) {
vals.push_back(node->val);
}
printVector(vals);
}
}
@@ -0,0 +1,76 @@
/**
* File: preorder_traversal_iii_template.cpp
* Created Time: 2023-04-16
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Проверить, является ли текущее состояние решением */
bool isSolution(vector<TreeNode *> &state) {
return !state.empty() && state.back()->val == 7;
}
/* Записать решение */
void recordSolution(vector<TreeNode *> &state, vector<vector<TreeNode *>> &res) {
res.push_back(state);
}
/* Проверить, допустим ли этот выбор в текущем состоянии */
bool isValid(vector<TreeNode *> &state, TreeNode *choice) {
return choice != nullptr && choice->val != 3;
}
/* Обновить состояние */
void makeChoice(vector<TreeNode *> &state, TreeNode *choice) {
state.push_back(choice);
}
/* Восстановить состояние */
void undoChoice(vector<TreeNode *> &state, TreeNode *choice) {
state.pop_back();
}
/* Алгоритм бэктрекинга: пример 3 */
void backtrack(vector<TreeNode *> &state, vector<TreeNode *> &choices, vector<vector<TreeNode *>> &res) {
// Проверить, является ли текущее состояние решением
if (isSolution(state)) {
// Записать решение
recordSolution(state, res);
}
// Перебор всех вариантов выбора
for (TreeNode *choice : choices) {
// Отсечение: проверить допустимость выбора
if (isValid(state, choice)) {
// Попытка: сделать выбор и обновить состояние
makeChoice(state, choice);
// Перейти к следующему выбору
vector<TreeNode *> nextChoices{choice->left, choice->right};
backtrack(state, nextChoices, res);
// Откат: отменить выбор и восстановить предыдущее состояние
undoChoice(state, choice);
}
}
}
/* Driver Code */
int main() {
TreeNode *root = vectorToTree(vector<int>{1, 7, 3, 4, 5, 6, 7});
cout << "\nИнициализация двоичного дерева" << endl;
printTree(root);
// Алгоритм бэктрекинга
vector<TreeNode *> state;
vector<TreeNode *> choices = {root};
vector<vector<TreeNode *>> res;
backtrack(state, choices, res);
cout << "\nВывести все пути от корня к узлу 7, не содержащие узлов со значением 3" << endl;
for (vector<TreeNode *> &path : res) {
vector<int> vals;
for (TreeNode *node : path) {
vals.push_back(node->val);
}
printVector(vals);
}
}
@@ -0,0 +1,57 @@
/**
* File: subset_sum_i.cpp
* Created Time: 2023-06-21
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Алгоритм бэктрекинга: сумма подмножеств I */
void backtrack(vector<int> &state, int target, vector<int> &choices, int start, vector<vector<int>> &res) {
// Если сумма подмножества равна target, записать решение
if (target == 0) {
res.push_back(state);
return;
}
// Обойти все варианты выбора
// Отсечение 2: начинать обход с start, чтобы избежать генерации повторяющихся подмножеств
for (int i = start; i < choices.size(); i++) {
// Отсечение 1: если сумма подмножества превышает target, немедленно завершить цикл
// Это связано с тем, что массив уже отсортирован, следующие элементы больше, и сумма подмножества точно превысит target
if (target - choices[i] < 0) {
break;
}
// Попытка: сделать выбор и обновить target и start
state.push_back(choices[i]);
// Перейти к следующему выбору
backtrack(state, target - choices[i], choices, i, res);
// Откат: отменить выбор и восстановить предыдущее состояние
state.pop_back();
}
}
/* Решить задачу суммы подмножеств I */
vector<vector<int>> subsetSumI(vector<int> &nums, int target) {
vector<int> state; // Состояние (подмножество)
sort(nums.begin(), nums.end()); // Отсортировать nums
int start = 0; // Стартовая вершина обхода
vector<vector<int>> res; // Список результатов (список подмножеств)
backtrack(state, target, nums, start, res);
return res;
}
/* Driver Code */
int main() {
vector<int> nums = {3, 4, 5};
int target = 9;
vector<vector<int>> res = subsetSumI(nums, target);
cout << "Входной массив nums = ";
printVector(nums);
cout << "target = " << target << endl;
cout << "Все подмножества с суммой " << target << ": " << endl;
printVectorMatrix(res);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,54 @@
/**
* File: subset_sum_i_naive.cpp
* Created Time: 2023-06-21
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Алгоритм бэктрекинга: сумма подмножеств I */
void backtrack(vector<int> &state, int target, int total, vector<int> &choices, vector<vector<int>> &res) {
// Если сумма подмножества равна target, записать решение
if (total == target) {
res.push_back(state);
return;
}
// Перебор всех вариантов выбора
for (size_t i = 0; i < choices.size(); i++) {
// Отсечение: если сумма подмножества превышает target, пропустить этот выбор
if (total + choices[i] > target) {
continue;
}
// Попытка: сделать выбор и обновить элемент и total
state.push_back(choices[i]);
// Перейти к следующему выбору
backtrack(state, target, total + choices[i], choices, res);
// Откат: отменить выбор и восстановить предыдущее состояние
state.pop_back();
}
}
/* Решить задачу суммы подмножеств I (с повторяющимися подмножествами) */
vector<vector<int>> subsetSumINaive(vector<int> &nums, int target) {
vector<int> state; // Состояние (подмножество)
int total = 0; // Сумма подмножеств
vector<vector<int>> res; // Список результатов (список подмножеств)
backtrack(state, target, total, nums, res);
return res;
}
/* Driver Code */
int main() {
vector<int> nums = {3, 4, 5};
int target = 9;
vector<vector<int>> res = subsetSumINaive(nums, target);
cout << "Входной массив nums = ";
printVector(nums);
cout << "target = " << target << endl;
cout << "Все подмножества с суммой " << target << ": " << endl;
printVectorMatrix(res);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,62 @@
/**
* File: subset_sum_ii.cpp
* Created Time: 2023-06-21
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Алгоритм бэктрекинга: сумма подмножеств II */
void backtrack(vector<int> &state, int target, vector<int> &choices, int start, vector<vector<int>> &res) {
// Если сумма подмножества равна target, записать решение
if (target == 0) {
res.push_back(state);
return;
}
// Обойти все варианты выбора
// Отсечение 2: начинать обход с start, чтобы избежать генерации повторяющихся подмножеств
// Отсечение 3: начинать обход с start, чтобы избежать повторного выбора одного и того же элемента
for (int i = start; i < choices.size(); i++) {
// Отсечение 1: если сумма подмножества превышает target, немедленно завершить цикл
// Это связано с тем, что массив уже отсортирован, следующие элементы больше, и сумма подмножества точно превысит target
if (target - choices[i] < 0) {
break;
}
// Отсечение 4: если этот элемент равен элементу слева, значит ветвь поиска повторяется, ее нужно сразу пропустить
if (i > start && choices[i] == choices[i - 1]) {
continue;
}
// Попытка: сделать выбор и обновить target и start
state.push_back(choices[i]);
// Перейти к следующему выбору
backtrack(state, target - choices[i], choices, i + 1, res);
// Откат: отменить выбор и восстановить предыдущее состояние
state.pop_back();
}
}
/* Решить задачу суммы подмножеств II */
vector<vector<int>> subsetSumII(vector<int> &nums, int target) {
vector<int> state; // Состояние (подмножество)
sort(nums.begin(), nums.end()); // Отсортировать nums
int start = 0; // Стартовая вершина обхода
vector<vector<int>> res; // Список результатов (список подмножеств)
backtrack(state, target, nums, start, res);
return res;
}
/* Driver Code */
int main() {
vector<int> nums = {4, 4, 5};
int target = 9;
vector<vector<int>> res = subsetSumII(nums, target);
cout << "Входной массив nums = ";
printVector(nums);
cout << "target = " << target << endl;
cout << "Все подмножества с суммой " << target << ": " << endl;
printVectorMatrix(res);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,5 @@
add_executable(iteration iteration.cpp)
add_executable(recursion recursion.cpp)
add_executable(space_complexity space_complexity.cpp)
add_executable(time_complexity time_complexity.cpp)
add_executable(worst_best_time_complexity worst_best_time_complexity.cpp)
@@ -0,0 +1,76 @@
/**
* File: iteration.cpp
* Created Time: 2023-08-24
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Цикл for */
int forLoop(int n) {
int res = 0;
// Циклическое суммирование 1, 2, ..., n-1, n
for (int i = 1; i <= n; ++i) {
res += i;
}
return res;
}
/* Цикл while */
int whileLoop(int n) {
int res = 0;
int i = 1; // Инициализация условной переменной
// Циклическое суммирование 1, 2, ..., n-1, n
while (i <= n) {
res += i;
i++; // Обновить условную переменную
}
return res;
}
/* Цикл while (двойное обновление) */
int whileLoopII(int n) {
int res = 0;
int i = 1; // Инициализация условной переменной
// Циклическое суммирование 1, 4, 10, ...
while (i <= n) {
res += i;
// Обновить условную переменную
i++;
i *= 2;
}
return res;
}
/* Двойной цикл for */
string nestedForLoop(int n) {
ostringstream res;
// Цикл по i = 1, 2, ..., n-1, n
for (int i = 1; i <= n; ++i) {
// Цикл по j = 1, 2, ..., n-1, n
for (int j = 1; j <= n; ++j) {
res << "(" << i << ", " << j << "), ";
}
}
return res.str();
}
/* Driver Code */
int main() {
int n = 5;
int res;
res = forLoop(n);
cout << "\nРезультат суммирования в цикле for res = " << res << endl;
res = whileLoop(n);
cout << "\nРезультат суммирования в цикле while res = " << res << endl;
res = whileLoopII(n);
cout << "\nРезультат суммирования в цикле while (двойное обновление) res = " << res << endl;
string resStr = nestedForLoop(n);
cout << "\nРезультат двойного цикла for " << resStr << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,78 @@
/**
* File: recursion.cpp
* Created Time: 2023-08-24
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Рекурсия */
int recur(int n) {
// Условие завершения
if (n == 1)
return 1;
// Рекурсия: рекурсивный вызов
int res = recur(n - 1);
// Возврат: вернуть результат
return n + res;
}
/* Имитация рекурсии итерацией */
int forLoopRecur(int n) {
// Использовать явный стек для имитации системного стека вызовов
stack<int> stack;
int res = 0;
// Рекурсия: рекурсивный вызов
for (int i = n; i > 0; i--) {
// Имитировать «рекурсию» с помощью операции помещения в стек
stack.push(i);
}
// Возврат: вернуть результат
while (!stack.empty()) {
// Имитировать «возврат» с помощью операции извлечения из стека
res += stack.top();
stack.pop();
}
// res = 1+2+3+...+n
return res;
}
/* Хвостовая рекурсия */
int tailRecur(int n, int res) {
// Условие завершения
if (n == 0)
return res;
// Хвостовой рекурсивный вызов
return tailRecur(n - 1, res + n);
}
/* Последовательность Фибоначчи: рекурсия */
int fib(int n) {
// Условие завершения: f(1) = 0, f(2) = 1
if (n == 1 || n == 2)
return n - 1;
// Рекурсивный вызов f(n) = f(n-1) + f(n-2)
int res = fib(n - 1) + fib(n - 2);
// Вернуть результат f(n)
return res;
}
/* Driver Code */
int main() {
int n = 5;
int res;
res = recur(n);
cout << "\nРезультат суммирования в рекурсивной функции res = " << res << endl;
res = forLoopRecur(n);
cout << "\nРезультат суммирования с использованием итерации для имитации рекурсии res = " << res << endl;
res = tailRecur(n, 0);
cout << "\nРезультат суммирования в хвостовой рекурсии res = " << res << endl;
res = fib(n);
cout << "\nЭлемент последовательности Фибоначчи с индексом " << n << " = " << res << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,107 @@
/**
* File: space_complexity.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Функция */
int func() {
// Выполнить некоторые операции
return 0;
}
/* Постоянная сложность */
void constant(int n) {
// Константы, переменные и объекты занимают O(1) памяти
const int a = 0;
int b = 0;
vector<int> nums(10000);
ListNode node(0);
// Переменные в цикле занимают O(1) памяти
for (int i = 0; i < n; i++) {
int c = 0;
}
// Функции в цикле занимают O(1) памяти
for (int i = 0; i < n; i++) {
func();
}
}
/* Линейная сложность */
void linear(int n) {
// Массив длины n занимает O(n) памяти
vector<int> nums(n);
// Список длины n занимает O(n) памяти
vector<ListNode> nodes;
for (int i = 0; i < n; i++) {
nodes.push_back(ListNode(i));
}
// Хеш-таблица длины n занимает O(n) памяти
unordered_map<int, string> map;
for (int i = 0; i < n; i++) {
map[i] = to_string(i);
}
}
/* Линейная сложность (рекурсивная реализация) */
void linearRecur(int n) {
cout << "Рекурсия n = " << n << endl;
if (n == 1)
return;
linearRecur(n - 1);
}
/* Квадратичная сложность */
void quadratic(int n) {
// Двумерный список занимает O(n^2) памяти
vector<vector<int>> numMatrix;
for (int i = 0; i < n; i++) {
vector<int> tmp;
for (int j = 0; j < n; j++) {
tmp.push_back(0);
}
numMatrix.push_back(tmp);
}
}
/* Квадратичная сложность (рекурсивная реализация) */
int quadraticRecur(int n) {
if (n <= 0)
return 0;
vector<int> nums(n);
cout << "Рекурсия n = " << n << " , длина nums = " << nums.size() << endl;
return quadraticRecur(n - 1);
}
/* Экспоненциальная сложность (построение полного двоичного дерева) */
TreeNode *buildTree(int n) {
if (n == 0)
return nullptr;
TreeNode *root = new TreeNode(0);
root->left = buildTree(n - 1);
root->right = buildTree(n - 1);
return root;
}
/* Driver Code */
int main() {
int n = 5;
// Постоянная сложность
constant(n);
// Линейная сложность
linear(n);
linearRecur(n);
// Квадратичная сложность
quadratic(n);
quadraticRecur(n);
// Экспоненциальная сложность
TreeNode *root = buildTree(n);
printTree(root);
// Освободить память
freeMemoryTree(root);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,168 @@
/**
* File: time_complexity.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Постоянная сложность */
int constant(int n) {
int count = 0;
int size = 100000;
for (int i = 0; i < size; i++)
count++;
return count;
}
/* Линейная сложность */
int linear(int n) {
int count = 0;
for (int i = 0; i < n; i++)
count++;
return count;
}
/* Линейная сложность (обход массива) */
int arrayTraversal(vector<int> &nums) {
int count = 0;
// Число итераций пропорционально длине массива
for (int num : nums) {
count++;
}
return count;
}
/* Квадратичная сложность */
int quadratic(int n) {
int count = 0;
// Число итераций квадратично зависит от размера данных n
for (int i = 0; i < n; i++) {
for (int j = 0; j < n; j++) {
count++;
}
}
return count;
}
/* Квадратичная сложность (пузырьковая сортировка) */
int bubbleSort(vector<int> &nums) {
int count = 0; // Счетчик
// Внешний цикл: неотсортированный диапазон [0, i]
for (int i = nums.size() - 1; i > 0; i--) {
// Внутренний цикл: переместить максимальный элемент неотсортированного диапазона [0, i] в его правый конец
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
// Поменять местами nums[j] и nums[j + 1]
int tmp = nums[j];
nums[j] = nums[j + 1];
nums[j + 1] = tmp;
count += 3; // Обмен элементов включает 3 элементарные операции
}
}
}
return count;
}
/* Экспоненциальная сложность (итеративная реализация) */
int exponential(int n) {
int count = 0, base = 1;
// На каждом шаге клетка делится надвое, образуя последовательность 1, 2, 4, 8, ..., 2^(n-1)
for (int i = 0; i < n; i++) {
for (int j = 0; j < base; j++) {
count++;
}
base *= 2;
}
// count = 1 + 2 + 4 + 8 + .. + 2^(n-1) = 2^n - 1
return count;
}
/* Экспоненциальная сложность (рекурсивная реализация) */
int expRecur(int n) {
if (n == 1)
return 1;
return expRecur(n - 1) + expRecur(n - 1) + 1;
}
/* Логарифмическая сложность (итеративная реализация) */
int logarithmic(int n) {
int count = 0;
while (n > 1) {
n = n / 2;
count++;
}
return count;
}
/* Логарифмическая сложность (рекурсивная реализация) */
int logRecur(int n) {
if (n <= 1)
return 0;
return logRecur(n / 2) + 1;
}
/* Линейно-логарифмическая сложность */
int linearLogRecur(int n) {
if (n <= 1)
return 1;
int count = linearLogRecur(n / 2) + linearLogRecur(n / 2);
for (int i = 0; i < n; i++) {
count++;
}
return count;
}
/* Факториальная сложность (рекурсивная реализация) */
int factorialRecur(int n) {
if (n == 0)
return 1;
int count = 0;
// Из одного получается n
for (int i = 0; i < n; i++) {
count += factorialRecur(n - 1);
}
return count;
}
/* Driver Code */
int main() {
// Можно изменить n и запустить программу, чтобы увидеть, как меняется число операций при разных сложностях
int n = 8;
cout << "Размер входных данных n = " << n << endl;
int count = constant(n);
cout << "Количество операций постоянной сложности = " << count << endl;
count = linear(n);
cout << "Количество операций линейной сложности = " << count << endl;
vector<int> arr(n);
count = arrayTraversal(arr);
cout << "Количество операций линейной сложности (обход массива) = " << count << endl;
count = quadratic(n);
cout << "Количество операций квадратичной сложности = " << count << endl;
vector<int> nums(n);
for (int i = 0; i < n; i++)
nums[i] = n - i; // [n,n-1,...,2,1]
count = bubbleSort(nums);
cout << "Количество операций квадратичной сложности (пузырьковая сортировка) = " << count << endl;
count = exponential(n);
cout << "Количество операций экспоненциальной сложности (итерация) = " << count << endl;
count = expRecur(n);
cout << "Количество операций экспоненциальной сложности (рекурсия) = " << count << endl;
count = logarithmic(n);
cout << "Количество операций логарифмической сложности (итерация) = " << count << endl;
count = logRecur(n);
cout << "Количество операций логарифмической сложности (рекурсия) = " << count << endl;
count = linearLogRecur(n);
cout << "Количество операций линейно-логарифмической сложности (рекурсия) = " << count << endl;
count = factorialRecur(n);
cout << "Количество операций факториальной сложности (рекурсия) = " << count << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,45 @@
/**
* File: worst_best_time_complexity.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Создать массив с элементами { 1, 2, ..., n } в случайном порядке */
vector<int> randomNumbers(int n) {
vector<int> nums(n);
// Создать массив nums = { 1, 2, 3, ..., n }
for (int i = 0; i < n; i++) {
nums[i] = i + 1;
}
// Использовать системное время для генерации случайного seed
unsigned seed = chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count();
// Случайно перемешать элементы массива
shuffle(nums.begin(), nums.end(), default_random_engine(seed));
return nums;
}
/* Найти индекс числа 1 в массиве nums */
int findOne(vector<int> &nums) {
for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
// Когда элемент 1 находится в начале массива, достигается лучшая временная сложность O(1)
// Когда элемент 1 находится в конце массива, достигается худшая временная сложность O(n)
if (nums[i] == 1)
return i;
}
return -1;
}
/* Driver Code */
int main() {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
int n = 100;
vector<int> nums = randomNumbers(n);
int index = findOne(nums);
cout << "\nПосле перемешивания массива [ 1, 2, ..., n ] nums = ";
printVector(nums);
cout << "Индекс числа 1 = " << index << endl;
}
return 0;
}
@@ -0,0 +1,3 @@
add_executable(binary_search_recur binary_search_recur.cpp)
add_executable(build_tree build_tree.cpp)
add_executable(hanota hanota.cpp)
@@ -0,0 +1,46 @@
/**
* File: binary_search_recur.cpp
* Created Time: 2023-07-17
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Бинарный поиск: задача f(i, j) */
int dfs(vector<int> &nums, int target, int i, int j) {
// Если интервал пуст, целевой элемент отсутствует, вернуть -1
if (i > j) {
return -1;
}
// Вычислить индекс середины m
int m = (i + j) / 2;
if (nums[m] < target) {
// Рекурсивная подзадача f(m+1, j)
return dfs(nums, target, m + 1, j);
} else if (nums[m] > target) {
// Рекурсивная подзадача f(i, m-1)
return dfs(nums, target, i, m - 1);
} else {
// Целевой элемент найден, вернуть его индекс
return m;
}
}
/* Бинарный поиск */
int binarySearch(vector<int> &nums, int target) {
int n = nums.size();
// Решить задачу f(0, n-1)
return dfs(nums, target, 0, n - 1);
}
/* Driver Code */
int main() {
int target = 6;
vector<int> nums = {1, 3, 6, 8, 12, 15, 23, 26, 31, 35};
// Бинарный поиск (двусторонне замкнутый интервал)
int index = binarySearch(nums, target);
cout << "Индекс целевого элемента 6 = " << index << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,51 @@
/**
* File: build_tree.cpp
* Created Time: 2023-07-17
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Построить двоичное дерево: разделяй и властвуй */
TreeNode *dfs(vector<int> &preorder, unordered_map<int, int> &inorderMap, int i, int l, int r) {
// Завершить при пустом диапазоне поддерева
if (r - l < 0)
return NULL;
// Инициализировать корневой узел
TreeNode *root = new TreeNode(preorder[i]);
// Найти m, чтобы разделить левое и правое поддеревья
int m = inorderMap[preorder[i]];
// Подзадача: построить левое поддерево
root->left = dfs(preorder, inorderMap, i + 1, l, m - 1);
// Подзадача: построить правое поддерево
root->right = dfs(preorder, inorderMap, i + 1 + m - l, m + 1, r);
// Вернуть корневой узел
return root;
}
/* Построить двоичное дерево */
TreeNode *buildTree(vector<int> &preorder, vector<int> &inorder) {
// Инициализировать хеш-таблицу для хранения соответствия элементов inorder их индексам
unordered_map<int, int> inorderMap;
for (int i = 0; i < inorder.size(); i++) {
inorderMap[inorder[i]] = i;
}
TreeNode *root = dfs(preorder, inorderMap, 0, 0, inorder.size() - 1);
return root;
}
/* Driver Code */
int main() {
vector<int> preorder = {3, 9, 2, 1, 7};
vector<int> inorder = {9, 3, 1, 2, 7};
cout << "Предварительный обход = ";
printVector(preorder);
cout << "Симметричный обход = ";
printVector(inorder);
TreeNode *root = buildTree(preorder, inorder);
cout << "Построенное двоичное дерево:\n";
printTree(root);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,66 @@
/**
* File: hanota.cpp
* Created Time: 2023-07-17
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Переместить один диск */
void move(vector<int> &src, vector<int> &tar) {
// Снять диск с вершины src
int pan = src.back();
src.pop_back();
// Положить диск на вершину tar
tar.push_back(pan);
}
/* Решить задачу Ханойской башни f(i) */
void dfs(int i, vector<int> &src, vector<int> &buf, vector<int> &tar) {
// Если в src остался только один диск, сразу переместить его в tar
if (i == 1) {
move(src, tar);
return;
}
// Подзадача f(i-1): переместить верхние i-1 дисков из src в buf с помощью tar
dfs(i - 1, src, tar, buf);
// Подзадача f(1): переместить оставшийся один диск из src в tar
move(src, tar);
// Подзадача f(i-1): переместить верхние i-1 дисков из buf в tar с помощью src
dfs(i - 1, buf, src, tar);
}
/* Решить задачу Ханойской башни */
void solveHanota(vector<int> &A, vector<int> &B, vector<int> &C) {
int n = A.size();
// Переместить верхние n дисков из A в C с помощью B
dfs(n, A, B, C);
}
/* Driver Code */
int main() {
// Хвост списка соответствует вершине столбца
vector<int> A = {5, 4, 3, 2, 1};
vector<int> B = {};
vector<int> C = {};
cout << "Начальное состояние:\n";
cout << "A =";
printVector(A);
cout << "B =";
printVector(B);
cout << "C =";
printVector(C);
solveHanota(A, B, C);
cout << "После завершения перемещения дисков:\n";
cout << "A =";
printVector(A);
cout << "B =";
printVector(B);
cout << "C =";
printVector(C);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,10 @@
add_executable(climbing_stairs_backtrack climbing_stairs_backtrack.cpp)
add_executable(climbing_stairs_dfs climbing_stairs_dfs.cpp)
add_executable(climbing_stairs_dfs_mem climbing_stairs_dfs_mem.cpp)
add_executable(climbing_stairs_dp climbing_stairs_dp.cpp)
add_executable(min_cost_climbing_stairs_dp min_cost_climbing_stairs_dp.cpp)
add_executable(min_path_sum min_path_sum.cpp)
add_executable(unbounded_knapsack unbounded_knapsack.cpp)
add_executable(coin_change coin_change.cpp)
add_executable(coin_change_ii coin_change_ii.cpp)
add_executable(edit_distance edit_distance.cpp)
@@ -0,0 +1,43 @@
/**
* File: climbing_stairs_backtrack.cpp
* Created Time: 2023-06-30
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Бэктрекинг */
void backtrack(vector<int> &choices, int state, int n, vector<int> &res) {
// Когда подъем достигает n-й ступени, число вариантов увеличивается на 1
if (state == n)
res[0]++;
// Перебор всех вариантов выбора
for (auto &choice : choices) {
// Отсечение: нельзя выходить за n-ю ступень
if (state + choice > n)
continue;
// Попытка: сделать выбор и обновить состояние
backtrack(choices, state + choice, n, res);
// Откат
}
}
/* Подъем по лестнице: бэктрекинг */
int climbingStairsBacktrack(int n) {
vector<int> choices = {1, 2}; // Можно подняться на 1 или 2 ступени
int state = 0; // Начать подъем с 0-й ступени
vector<int> res = {0}; // Использовать res[0] для хранения числа решений
backtrack(choices, state, n, res);
return res[0];
}
/* Driver Code */
int main() {
int n = 9;
int res = climbingStairsBacktrack(n);
cout << "Количество способов подняться по лестнице из " << n << " ступеней: " << res << " вариантов" << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,37 @@
/**
* File: climbing_stairs_constraint_dp.cpp
* Created Time: 2023-07-01
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Подъем по лестнице с ограничениями: динамическое программирование */
int climbingStairsConstraintDP(int n) {
if (n == 1 || n == 2) {
return 1;
}
// Инициализация таблицы dp для хранения решений подзадач
vector<vector<int>> dp(n + 1, vector<int>(3, 0));
// Начальное состояние: заранее задать решения наименьших подзадач
dp[1][1] = 1;
dp[1][2] = 0;
dp[2][1] = 0;
dp[2][2] = 1;
// Переход состояний: постепенное решение больших подзадач через меньшие
for (int i = 3; i <= n; i++) {
dp[i][1] = dp[i - 1][2];
dp[i][2] = dp[i - 2][1] + dp[i - 2][2];
}
return dp[n][1] + dp[n][2];
}
/* Driver Code */
int main() {
int n = 9;
int res = climbingStairsConstraintDP(n);
cout << "Количество способов подняться по лестнице из " << n << " ступеней: " << res << " вариантов" << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,32 @@
/**
* File: climbing_stairs_dfs.cpp
* Created Time: 2023-06-30
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Поиск */
int dfs(int i) {
// dp[1] и dp[2] уже известны, вернуть их
if (i == 1 || i == 2)
return i;
// dp[i] = dp[i-1] + dp[i-2]
int count = dfs(i - 1) + dfs(i - 2);
return count;
}
/* Подъем по лестнице: поиск */
int climbingStairsDFS(int n) {
return dfs(n);
}
/* Driver Code */
int main() {
int n = 9;
int res = climbingStairsDFS(n);
cout << "Количество способов подняться по лестнице из " << n << " ступеней: " << res << " вариантов" << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,39 @@
/**
* File: climbing_stairs_dfs_mem.cpp
* Created Time: 2023-06-30
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Поиск с мемоизацией */
int dfs(int i, vector<int> &mem) {
// dp[1] и dp[2] уже известны, вернуть их
if (i == 1 || i == 2)
return i;
// Если запись dp[i] существует, сразу вернуть ее
if (mem[i] != -1)
return mem[i];
// dp[i] = dp[i-1] + dp[i-2]
int count = dfs(i - 1, mem) + dfs(i - 2, mem);
// Сохранить dp[i]
mem[i] = count;
return count;
}
/* Подъем по лестнице: поиск с мемоизацией */
int climbingStairsDFSMem(int n) {
// mem[i] хранит число способов подняться на i-ю ступень, -1 означает отсутствие записи
vector<int> mem(n + 1, -1);
return dfs(n, mem);
}
/* Driver Code */
int main() {
int n = 9;
int res = climbingStairsDFSMem(n);
cout << "Количество способов подняться по лестнице из " << n << " ступеней: " << res << " вариантов" << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,49 @@
/**
* File: climbing_stairs_dp.cpp
* Created Time: 2023-06-30
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Подъем по лестнице: динамическое программирование */
int climbingStairsDP(int n) {
if (n == 1 || n == 2)
return n;
// Инициализация таблицы dp для хранения решений подзадач
vector<int> dp(n + 1);
// Начальное состояние: заранее задать решения наименьших подзадач
dp[1] = 1;
dp[2] = 2;
// Переход состояний: постепенное решение больших подзадач через меньшие
for (int i = 3; i <= n; i++) {
dp[i] = dp[i - 1] + dp[i - 2];
}
return dp[n];
}
/* Подъем по лестнице: динамическое программирование с оптимизацией памяти */
int climbingStairsDPComp(int n) {
if (n == 1 || n == 2)
return n;
int a = 1, b = 2;
for (int i = 3; i <= n; i++) {
int tmp = b;
b = a + b;
a = tmp;
}
return b;
}
/* Driver Code */
int main() {
int n = 9;
int res = climbingStairsDP(n);
cout << "Количество способов подняться по лестнице из " << n << " ступеней: " << res << " вариантов" << endl;
res = climbingStairsDPComp(n);
cout << "Количество способов подняться по лестнице из " << n << " ступеней: " << res << " вариантов" << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,70 @@
/**
* File: coin_change.cpp
* Created Time: 2023-07-11
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Размен монет: динамическое программирование */
int coinChangeDP(vector<int> &coins, int amt) {
int n = coins.size();
int MAX = amt + 1;
// Инициализация таблицы dp
vector<vector<int>> dp(n + 1, vector<int>(amt + 1, 0));
// Переход состояний: первая строка и первый столбец
for (int a = 1; a <= amt; a++) {
dp[0][a] = MAX;
}
// Переход состояний: остальные строки и столбцы
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int a = 1; a <= amt; a++) {
if (coins[i - 1] > a) {
// Если целевая сумма превышена, монету i не выбирать
dp[i][a] = dp[i - 1][a];
} else {
// Меньшее из двух решений: не брать или взять монету i
dp[i][a] = min(dp[i - 1][a], dp[i][a - coins[i - 1]] + 1);
}
}
}
return dp[n][amt] != MAX ? dp[n][amt] : -1;
}
/* Размен монет: динамическое программирование с оптимизацией памяти */
int coinChangeDPComp(vector<int> &coins, int amt) {
int n = coins.size();
int MAX = amt + 1;
// Инициализация таблицы dp
vector<int> dp(amt + 1, MAX);
dp[0] = 0;
// Переход состояний
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int a = 1; a <= amt; a++) {
if (coins[i - 1] > a) {
// Если целевая сумма превышена, монету i не выбирать
dp[a] = dp[a];
} else {
// Меньшее из двух решений: не брать или взять монету i
dp[a] = min(dp[a], dp[a - coins[i - 1]] + 1);
}
}
}
return dp[amt] != MAX ? dp[amt] : -1;
}
/* Driver code */
int main() {
vector<int> coins = {1, 2, 5};
int amt = 4;
// Динамическое программирование
int res = coinChangeDP(coins, amt);
cout << "Минимальное количество монет для целевой суммы = " << res << endl;
// Динамическое программирование с оптимизацией памяти
res = coinChangeDPComp(coins, amt);
cout << "Минимальное количество монет для целевой суммы = " << res << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,68 @@
/**
* File: coin_change_ii.cpp
* Created Time: 2023-07-11
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Размен монет II: динамическое программирование */
int coinChangeIIDP(vector<int> &coins, int amt) {
int n = coins.size();
// Инициализация таблицы dp
vector<vector<int>> dp(n + 1, vector<int>(amt + 1, 0));
// Инициализация первого столбца
for (int i = 0; i <= n; i++) {
dp[i][0] = 1;
}
// Переход состояний
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int a = 1; a <= amt; a++) {
if (coins[i - 1] > a) {
// Если целевая сумма превышена, монету i не выбирать
dp[i][a] = dp[i - 1][a];
} else {
// Сумма двух решений: не брать или взять монету i
dp[i][a] = dp[i - 1][a] + dp[i][a - coins[i - 1]];
}
}
}
return dp[n][amt];
}
/* Размен монет II: динамическое программирование с оптимизацией памяти */
int coinChangeIIDPComp(vector<int> &coins, int amt) {
int n = coins.size();
// Инициализация таблицы dp
vector<int> dp(amt + 1, 0);
dp[0] = 1;
// Переход состояний
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int a = 1; a <= amt; a++) {
if (coins[i - 1] > a) {
// Если целевая сумма превышена, монету i не выбирать
dp[a] = dp[a];
} else {
// Сумма двух решений: не брать или взять монету i
dp[a] = dp[a] + dp[a - coins[i - 1]];
}
}
}
return dp[amt];
}
/* Driver code */
int main() {
vector<int> coins = {1, 2, 5};
int amt = 5;
// Динамическое программирование
int res = coinChangeIIDP(coins, amt);
cout << "Количество комбинаций монет для набора целевой суммы = " << res << endl;
// Динамическое программирование с оптимизацией памяти
res = coinChangeIIDPComp(coins, amt);
cout << "Количество комбинаций монет для набора целевой суммы = " << res << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,136 @@
/**
* File: edit_distance.cpp
* Created Time: 2023-07-13
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Редакционное расстояние: полный перебор */
int editDistanceDFS(string s, string t, int i, int j) {
// Если s и t пусты, вернуть 0
if (i == 0 && j == 0)
return 0;
// Если s пусто, вернуть длину t
if (i == 0)
return j;
// Если t пусто, вернуть длину s
if (j == 0)
return i;
// Если два символа равны, сразу пропустить их
if (s[i - 1] == t[j - 1])
return editDistanceDFS(s, t, i - 1, j - 1);
// Минимальное число шагов редактирования = минимальное число шагов для вставки, удаления и замены + 1
int insert = editDistanceDFS(s, t, i, j - 1);
int del = editDistanceDFS(s, t, i - 1, j);
int replace = editDistanceDFS(s, t, i - 1, j - 1);
// Вернуть минимальное число шагов редактирования
return min(min(insert, del), replace) + 1;
}
/* Редакционное расстояние: поиск с мемоизацией */
int editDistanceDFSMem(string s, string t, vector<vector<int>> &mem, int i, int j) {
// Если s и t пусты, вернуть 0
if (i == 0 && j == 0)
return 0;
// Если s пусто, вернуть длину t
if (i == 0)
return j;
// Если t пусто, вернуть длину s
if (j == 0)
return i;
// Если запись уже есть, сразу вернуть ее
if (mem[i][j] != -1)
return mem[i][j];
// Если два символа равны, сразу пропустить их
if (s[i - 1] == t[j - 1])
return editDistanceDFSMem(s, t, mem, i - 1, j - 1);
// Минимальное число шагов редактирования = минимальное число шагов для вставки, удаления и замены + 1
int insert = editDistanceDFSMem(s, t, mem, i, j - 1);
int del = editDistanceDFSMem(s, t, mem, i - 1, j);
int replace = editDistanceDFSMem(s, t, mem, i - 1, j - 1);
// Сохранить и вернуть минимальное число шагов редактирования
mem[i][j] = min(min(insert, del), replace) + 1;
return mem[i][j];
}
/* Редакционное расстояние: динамическое программирование */
int editDistanceDP(string s, string t) {
int n = s.length(), m = t.length();
vector<vector<int>> dp(n + 1, vector<int>(m + 1, 0));
// Переход состояний: первая строка и первый столбец
for (int i = 1; i <= n; i++) {
dp[i][0] = i;
}
for (int j = 1; j <= m; j++) {
dp[0][j] = j;
}
// Переход состояний: остальные строки и столбцы
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int j = 1; j <= m; j++) {
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
// Если два символа равны, сразу пропустить их
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
} else {
// Минимальное число шагов редактирования = минимальное число шагов для вставки, удаления и замены + 1
dp[i][j] = min(min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;
}
}
}
return dp[n][m];
}
/* Редакционное расстояние: динамическое программирование с оптимизацией памяти */
int editDistanceDPComp(string s, string t) {
int n = s.length(), m = t.length();
vector<int> dp(m + 1, 0);
// Переход состояний: первая строка
for (int j = 1; j <= m; j++) {
dp[j] = j;
}
// Переход состояний: остальные строки
for (int i = 1; i <= n; i++) {
// Переход состояний: первый столбец
int leftup = dp[0]; // Временно сохранить dp[i-1, j-1]
dp[0] = i;
// Переход состояний: остальные столбцы
for (int j = 1; j <= m; j++) {
int temp = dp[j];
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
// Если два символа равны, сразу пропустить их
dp[j] = leftup;
} else {
// Минимальное число шагов редактирования = минимальное число шагов для вставки, удаления и замены + 1
dp[j] = min(min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
}
leftup = temp; // Обновить до значения dp[i-1, j-1] для следующей итерации
}
}
return dp[m];
}
/* Driver Code */
int main() {
string s = "bag";
string t = "pack";
int n = s.length(), m = t.length();
// Полный перебор
int res = editDistanceDFS(s, t, n, m);
cout << "Чтобы заменить " << s << " на " << t << " , требуется минимум " << res << " операций редактирования\n";
// Поиск с мемоизацией
vector<vector<int>> mem(n + 1, vector<int>(m + 1, -1));
res = editDistanceDFSMem(s, t, mem, n, m);
cout << "Чтобы заменить " << s << " на " << t << " , требуется минимум " << res << " операций редактирования\n";
// Динамическое программирование
res = editDistanceDP(s, t);
cout << "Чтобы заменить " << s << " на " << t << " , требуется минимум " << res << " операций редактирования\n";
// Динамическое программирование с оптимизацией памяти
res = editDistanceDPComp(s, t);
cout << "Чтобы заменить " << s << " на " << t << " , требуется минимум " << res << " операций редактирования\n";
return 0;
}
@@ -0,0 +1,109 @@
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
/* Рюкзак 0-1: полный перебор */
int knapsackDFS(vector<int> &wgt, vector<int> &val, int i, int c) {
// Если все предметы уже рассмотрены или в рюкзаке не осталось места, вернуть стоимость 0
if (i == 0 || c == 0) {
return 0;
}
// Если вместимость рюкзака превышена, можно только не класть предмет в рюкзак
if (wgt[i - 1] > c) {
return knapsackDFS(wgt, val, i - 1, c);
}
// Вычислить максимальную стоимость для случаев, когда предмет i не кладут и кладут
int no = knapsackDFS(wgt, val, i - 1, c);
int yes = knapsackDFS(wgt, val, i - 1, c - wgt[i - 1]) + val[i - 1];
// Вернуть вариант с большей стоимостью из двух возможных
return max(no, yes);
}
/* Рюкзак 0-1: поиск с мемоизацией */
int knapsackDFSMem(vector<int> &wgt, vector<int> &val, vector<vector<int>> &mem, int i, int c) {
// Если все предметы уже рассмотрены или в рюкзаке не осталось места, вернуть стоимость 0
if (i == 0 || c == 0) {
return 0;
}
// Если запись уже есть, вернуть сразу
if (mem[i][c] != -1) {
return mem[i][c];
}
// Если вместимость рюкзака превышена, можно только не класть предмет в рюкзак
if (wgt[i - 1] > c) {
return knapsackDFSMem(wgt, val, mem, i - 1, c);
}
// Вычислить максимальную стоимость для случаев, когда предмет i не кладут и кладут
int no = knapsackDFSMem(wgt, val, mem, i - 1, c);
int yes = knapsackDFSMem(wgt, val, mem, i - 1, c - wgt[i - 1]) + val[i - 1];
// Сохранить и вернуть вариант с большей стоимостью из двух решений
mem[i][c] = max(no, yes);
return mem[i][c];
}
/* Рюкзак 0-1: динамическое программирование */
int knapsackDP(vector<int> &wgt, vector<int> &val, int cap) {
int n = wgt.size();
// Инициализация таблицы dp
vector<vector<int>> dp(n + 1, vector<int>(cap + 1, 0));
// Переход состояний
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int c = 1; c <= cap; c++) {
if (wgt[i - 1] > c) {
// Если вместимость рюкзака превышена, предмет i не выбирать
dp[i][c] = dp[i - 1][c];
} else {
// Большее из двух решений: не брать или взять предмет i
dp[i][c] = max(dp[i - 1][c], dp[i - 1][c - wgt[i - 1]] + val[i - 1]);
}
}
}
return dp[n][cap];
}
/* Рюкзак 0-1: динамическое программирование с оптимизацией памяти */
int knapsackDPComp(vector<int> &wgt, vector<int> &val, int cap) {
int n = wgt.size();
// Инициализация таблицы dp
vector<int> dp(cap + 1, 0);
// Переход состояний
for (int i = 1; i <= n; i++) {
// Обход в обратном порядке
for (int c = cap; c >= 1; c--) {
if (wgt[i - 1] <= c) {
// Большее из двух решений: не брать или взять предмет i
dp[c] = max(dp[c], dp[c - wgt[i - 1]] + val[i - 1]);
}
}
}
return dp[cap];
}
/* Driver Code */
int main() {
vector<int> wgt = {10, 20, 30, 40, 50};
vector<int> val = {50, 120, 150, 210, 240};
int cap = 50;
int n = wgt.size();
// Полный перебор
int res = knapsackDFS(wgt, val, n, cap);
cout << "Максимальная стоимость предметов, не превышающая вместимость рюкзака, равна " << res << endl;
// Поиск с мемоизацией
vector<vector<int>> mem(n + 1, vector<int>(cap + 1, -1));
res = knapsackDFSMem(wgt, val, mem, n, cap);
cout << "Максимальная стоимость предметов, не превышающая вместимость рюкзака, равна " << res << endl;
// Динамическое программирование
res = knapsackDP(wgt, val, cap);
cout << "Максимальная стоимость предметов, не превышающая вместимость рюкзака, равна " << res << endl;
// Динамическое программирование с оптимизацией памяти
res = knapsackDPComp(wgt, val, cap);
cout << "Максимальная стоимость предметов, не превышающая вместимость рюкзака, равна " << res << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,53 @@
/**
* File: min_cost_climbing_stairs_dp.cpp
* Created Time: 2023-06-30
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Минимальная стоимость подъема по лестнице: динамическое программирование */
int minCostClimbingStairsDP(vector<int> &cost) {
int n = cost.size() - 1;
if (n == 1 || n == 2)
return cost[n];
// Инициализация таблицы dp для хранения решений подзадач
vector<int> dp(n + 1);
// Начальное состояние: заранее задать решения наименьших подзадач
dp[1] = cost[1];
dp[2] = cost[2];
// Переход состояний: постепенное решение больших подзадач через меньшие
for (int i = 3; i <= n; i++) {
dp[i] = min(dp[i - 1], dp[i - 2]) + cost[i];
}
return dp[n];
}
/* Минимальная стоимость подъема по лестнице: динамическое программирование с оптимизацией памяти */
int minCostClimbingStairsDPComp(vector<int> &cost) {
int n = cost.size() - 1;
if (n == 1 || n == 2)
return cost[n];
int a = cost[1], b = cost[2];
for (int i = 3; i <= n; i++) {
int tmp = b;
b = min(a, tmp) + cost[i];
a = tmp;
}
return b;
}
/* Driver Code */
int main() {
vector<int> cost = {0, 1, 10, 1, 1, 1, 10, 1, 1, 10, 1};
cout << "Список стоимостей ступеней = ";
printVector(cost);
int res = minCostClimbingStairsDP(cost);
cout << "Минимальная стоимость подъема по лестнице = " << res << endl;
res = minCostClimbingStairsDPComp(cost);
cout << "Минимальная стоимость подъема по лестнице = " << res << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,116 @@
/**
* File: min_path_sum.cpp
* Created Time: 2023-07-10
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Минимальная сумма пути: полный перебор */
int minPathSumDFS(vector<vector<int>> &grid, int i, int j) {
// Если это верхняя левая ячейка, завершить поиск
if (i == 0 && j == 0) {
return grid[0][0];
}
// Если индексы строки или столбца выходят за границы, вернуть стоимость +∞
if (i < 0 || j < 0) {
return INT_MAX;
}
// Вычислить минимальную стоимость пути из левого верхнего угла до (i-1, j) и (i, j-1)
int up = minPathSumDFS(grid, i - 1, j);
int left = minPathSumDFS(grid, i, j - 1);
// Вернуть минимальную стоимость пути из левого верхнего угла до (i, j)
return min(left, up) != INT_MAX ? min(left, up) + grid[i][j] : INT_MAX;
}
/* Минимальная сумма пути: поиск с мемоизацией */
int minPathSumDFSMem(vector<vector<int>> &grid, vector<vector<int>> &mem, int i, int j) {
// Если это верхняя левая ячейка, завершить поиск
if (i == 0 && j == 0) {
return grid[0][0];
}
// Если индексы строки или столбца выходят за границы, вернуть стоимость +∞
if (i < 0 || j < 0) {
return INT_MAX;
}
// Если запись уже есть, вернуть сразу
if (mem[i][j] != -1) {
return mem[i][j];
}
// Минимальная стоимость пути для левой и верхней ячеек
int up = minPathSumDFSMem(grid, mem, i - 1, j);
int left = minPathSumDFSMem(grid, mem, i, j - 1);
// Сохранить и вернуть минимальную стоимость пути из левого верхнего угла до (i, j)
mem[i][j] = min(left, up) != INT_MAX ? min(left, up) + grid[i][j] : INT_MAX;
return mem[i][j];
}
/* Минимальная сумма пути: динамическое программирование */
int minPathSumDP(vector<vector<int>> &grid) {
int n = grid.size(), m = grid[0].size();
// Инициализация таблицы dp
vector<vector<int>> dp(n, vector<int>(m));
dp[0][0] = grid[0][0];
// Переход состояний: первая строка
for (int j = 1; j < m; j++) {
dp[0][j] = dp[0][j - 1] + grid[0][j];
}
// Переход состояний: первый столбец
for (int i = 1; i < n; i++) {
dp[i][0] = dp[i - 1][0] + grid[i][0];
}
// Переход состояний: остальные строки и столбцы
for (int i = 1; i < n; i++) {
for (int j = 1; j < m; j++) {
dp[i][j] = min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]) + grid[i][j];
}
}
return dp[n - 1][m - 1];
}
/* Минимальная сумма пути: динамическое программирование с оптимизацией памяти */
int minPathSumDPComp(vector<vector<int>> &grid) {
int n = grid.size(), m = grid[0].size();
// Инициализация таблицы dp
vector<int> dp(m);
// Переход состояний: первая строка
dp[0] = grid[0][0];
for (int j = 1; j < m; j++) {
dp[j] = dp[j - 1] + grid[0][j];
}
// Переход состояний: остальные строки
for (int i = 1; i < n; i++) {
// Переход состояний: первый столбец
dp[0] = dp[0] + grid[i][0];
// Переход состояний: остальные столбцы
for (int j = 1; j < m; j++) {
dp[j] = min(dp[j - 1], dp[j]) + grid[i][j];
}
}
return dp[m - 1];
}
/* Driver Code */
int main() {
vector<vector<int>> grid = {{1, 3, 1, 5}, {2, 2, 4, 2}, {5, 3, 2, 1}, {4, 3, 5, 2}};
int n = grid.size(), m = grid[0].size();
// Полный перебор
int res = minPathSumDFS(grid, n - 1, m - 1);
cout << "Минимальная сумма пути из левого верхнего в правый нижний угол = " << res << endl;
// Поиск с мемоизацией
vector<vector<int>> mem(n, vector<int>(m, -1));
res = minPathSumDFSMem(grid, mem, n - 1, m - 1);
cout << "Минимальная сумма пути из левого верхнего в правый нижний угол = " << res << endl;
// Динамическое программирование
res = minPathSumDP(grid);
cout << "Минимальная сумма пути из левого верхнего в правый нижний угол = " << res << endl;
// Динамическое программирование с оптимизацией памяти
res = minPathSumDPComp(grid);
cout << "Минимальная сумма пути из левого верхнего в правый нижний угол = " << res << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,64 @@
/**
* File: unbounded_knapsack.cpp
* Created Time: 2023-07-11
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Полный рюкзак: динамическое программирование */
int unboundedKnapsackDP(vector<int> &wgt, vector<int> &val, int cap) {
int n = wgt.size();
// Инициализация таблицы dp
vector<vector<int>> dp(n + 1, vector<int>(cap + 1, 0));
// Переход состояний
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int c = 1; c <= cap; c++) {
if (wgt[i - 1] > c) {
// Если вместимость рюкзака превышена, предмет i не выбирать
dp[i][c] = dp[i - 1][c];
} else {
// Большее из двух решений: не брать или взять предмет i
dp[i][c] = max(dp[i - 1][c], dp[i][c - wgt[i - 1]] + val[i - 1]);
}
}
}
return dp[n][cap];
}
/* Полный рюкзак: динамическое программирование с оптимизацией памяти */
int unboundedKnapsackDPComp(vector<int> &wgt, vector<int> &val, int cap) {
int n = wgt.size();
// Инициализация таблицы dp
vector<int> dp(cap + 1, 0);
// Переход состояний
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int c = 1; c <= cap; c++) {
if (wgt[i - 1] > c) {
// Если вместимость рюкзака превышена, предмет i не выбирать
dp[c] = dp[c];
} else {
// Большее из двух решений: не брать или взять предмет i
dp[c] = max(dp[c], dp[c - wgt[i - 1]] + val[i - 1]);
}
}
}
return dp[cap];
}
/* Driver code */
int main() {
vector<int> wgt = {1, 2, 3};
vector<int> val = {5, 11, 15};
int cap = 4;
// Динамическое программирование
int res = unboundedKnapsackDP(wgt, val, cap);
cout << "Максимальная стоимость предметов, не превышающая вместимость рюкзака, равна " << res << endl;
// Динамическое программирование с оптимизацией памяти
res = unboundedKnapsackDPComp(wgt, val, cap);
cout << "Максимальная стоимость предметов, не превышающая вместимость рюкзака, равна " << res << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,5 @@
add_executable(graph_bfs graph_bfs.cpp)
add_executable(graph_dfs graph_dfs.cpp)
# add_executable(graph_adjacency_list graph_adjacency_list.cpp)
add_executable(graph_adjacency_list_test graph_adjacency_list_test.cpp)
add_executable(graph_adjacency_matrix graph_adjacency_matrix.cpp)
@@ -0,0 +1,90 @@
/**
* File: graph_adjacency_list.cpp
* Created Time: 2023-02-09
* Author: what-is-me (whatisme@outlook.jp), krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Класс неориентированного графа на основе списка смежности */
class GraphAdjList {
public:
// Список смежности, где key — вершина, а value — все смежные ей вершины
unordered_map<Vertex *, vector<Vertex *>> adjList;
/* Удалить указанный узел из vector */
void remove(vector<Vertex *> &vec, Vertex *vet) {
for (int i = 0; i < vec.size(); i++) {
if (vec[i] == vet) {
vec.erase(vec.begin() + i);
break;
}
}
}
/* Конструктор */
GraphAdjList(const vector<vector<Vertex *>> &edges) {
// Добавить все вершины и ребра
for (const vector<Vertex *> &edge : edges) {
addVertex(edge[0]);
addVertex(edge[1]);
addEdge(edge[0], edge[1]);
}
}
/* Получить число вершин */
int size() {
return adjList.size();
}
/* Добавление ребра */
void addEdge(Vertex *vet1, Vertex *vet2) {
if (!adjList.count(vet1) || !adjList.count(vet2) || vet1 == vet2)
throw invalid_argument("вершина не существует");
// Добавить ребро vet1 - vet2
adjList[vet1].push_back(vet2);
adjList[vet2].push_back(vet1);
}
/* Удаление ребра */
void removeEdge(Vertex *vet1, Vertex *vet2) {
if (!adjList.count(vet1) || !adjList.count(vet2) || vet1 == vet2)
throw invalid_argument("вершина не существует");
// Удалить ребро vet1 - vet2
remove(adjList[vet1], vet2);
remove(adjList[vet2], vet1);
}
/* Добавление вершины */
void addVertex(Vertex *vet) {
if (adjList.count(vet))
return;
// Добавить новый список в список смежности
adjList[vet] = vector<Vertex *>();
}
/* Удаление вершины */
void removeVertex(Vertex *vet) {
if (!adjList.count(vet))
throw invalid_argument("вершина не существует");
// Удалить из списка смежности список, соответствующий вершине vet
adjList.erase(vet);
// Обойти списки других вершин и удалить все ребра, содержащие vet
for (auto &adj : adjList) {
remove(adj.second, vet);
}
}
/* Вывести список смежности */
void print() {
cout << "Список смежности =" << endl;
for (auto &adj : adjList) {
const auto &key = adj.first;
const auto &vec = adj.second;
cout << key->val << ": ";
printVector(vetsToVals(vec));
}
}
};
// Тестовые примеры см. в graph_adjacency_list_test.cpp
@@ -0,0 +1,49 @@
/**
* File: graph_adjacency_list_test.cpp
* Created Time: 2023-02-09
* Author: what-is-me (whatisme@outlook.jp), krahets (krahets@163.com)
*/
#include "./graph_adjacency_list.cpp"
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация неориентированного графа */
vector<Vertex *> v = valsToVets(vector<int>{1, 3, 2, 5, 4});
vector<vector<Vertex *>> edges = {{v[0], v[1]}, {v[0], v[3]}, {v[1], v[2]},
{v[2], v[3]}, {v[2], v[4]}, {v[3], v[4]}};
GraphAdjList graph(edges);
cout << "\nПосле инициализации граф имеет вид" << endl;
graph.print();
/* Добавление ребра */
// Вершины 1 и 2 соответствуют v[0] и v[2]
graph.addEdge(v[0], v[2]);
cout << "\nПосле добавления ребра 1-2 граф имеет вид" << endl;
graph.print();
/* Удаление ребра */
// Вершины 1 и 3 соответствуют v[0] и v[1]
graph.removeEdge(v[0], v[1]);
cout << "\nПосле удаления ребра 1-3 граф имеет вид" << endl;
graph.print();
/* Добавление вершины */
Vertex *v5 = new Vertex(6);
graph.addVertex(v5);
cout << "\nПосле добавления вершины 6 граф имеет вид" << endl;
graph.print();
/* Удаление вершины */
// Вершина 3 соответствует v[1]
graph.removeVertex(v[1]);
cout << "\nПосле удаления вершины 3 граф имеет вид" << endl;
graph.print();
// Освободить память
for (Vertex *vet : v) {
delete vet;
}
return 0;
}
@@ -0,0 +1,127 @@
/**
* File: graph_adjacency_matrix.cpp
* Created Time: 2023-02-09
* Author: what-is-me (whatisme@outlook.jp)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Класс неориентированного графа на основе матрицы смежности */
class GraphAdjMat {
vector<int> vertices; // Список вершин: элементы представляют «значения вершин», а индексы — «индексы вершин»
vector<vector<int>> adjMat; // Матрица смежности, где индексы строк и столбцов соответствуют «индексам вершин»
public:
/* Конструктор */
GraphAdjMat(const vector<int> &vertices, const vector<vector<int>> &edges) {
// Добавление вершины
for (int val : vertices) {
addVertex(val);
}
// Добавить ребра
// Обратите внимание: элементы edges представляют собой индексы вершин, то есть соответствуют индексам элементов vertices
for (const vector<int> &edge : edges) {
addEdge(edge[0], edge[1]);
}
}
/* Получить число вершин */
int size() const {
return vertices.size();
}
/* Добавление вершины */
void addVertex(int val) {
int n = size();
// Добавить значение новой вершины в список вершин
vertices.push_back(val);
// Добавить строку в матрицу смежности
adjMat.emplace_back(vector<int>(n, 0));
// Добавить столбец в матрицу смежности
for (vector<int> &row : adjMat) {
row.push_back(0);
}
}
/* Удаление вершины */
void removeVertex(int index) {
if (index >= size()) {
throw out_of_range("вершина не существует");
}
// Удалить вершину с индексом index из списка вершин
vertices.erase(vertices.begin() + index);
// Удалить строку с индексом index из матрицы смежности
adjMat.erase(adjMat.begin() + index);
// Удалить столбец с индексом index из матрицы смежности
for (vector<int> &row : adjMat) {
row.erase(row.begin() + index);
}
}
/* Добавление ребра */
// Параметры i и j соответствуют индексам элементов vertices
void addEdge(int i, int j) {
// Обработка выхода индекса за границы и случая равенства
if (i < 0 || j < 0 || i >= size() || j >= size() || i == j) {
throw out_of_range("вершина не существует");
}
// В неориентированном графе матрица смежности симметрична относительно главной диагонали, то есть выполняется (i, j) == (j, i)
adjMat[i][j] = 1;
adjMat[j][i] = 1;
}
/* Удаление ребра */
// Параметры i и j соответствуют индексам элементов vertices
void removeEdge(int i, int j) {
// Обработка выхода индекса за границы и случая равенства
if (i < 0 || j < 0 || i >= size() || j >= size() || i == j) {
throw out_of_range("вершина не существует");
}
adjMat[i][j] = 0;
adjMat[j][i] = 0;
}
/* Вывести матрицу смежности */
void print() {
cout << "Список вершин = ";
printVector(vertices);
cout << "Матрица смежности =" << endl;
printVectorMatrix(adjMat);
}
};
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация неориентированного графа */
// Обратите внимание: элементы edges представляют индексы вершин, то есть соответствуют индексам элементов vertices
vector<int> vertices = {1, 3, 2, 5, 4};
vector<vector<int>> edges = {{0, 1}, {0, 3}, {1, 2}, {2, 3}, {2, 4}, {3, 4}};
GraphAdjMat graph(vertices, edges);
cout << "\nПосле инициализации граф имеет вид" << endl;
graph.print();
/* Добавление ребра */
// Индексы вершин 1 и 2 равны 0 и 2 соответственно
graph.addEdge(0, 2);
cout << "\nПосле добавления ребра 1-2 граф имеет вид" << endl;
graph.print();
/* Удаление ребра */
// Индексы вершин 1 и 3 равны 0 и 1 соответственно
graph.removeEdge(0, 1);
cout << "\nПосле удаления ребра 1-3 граф имеет вид" << endl;
graph.print();
/* Добавление вершины */
graph.addVertex(6);
cout << "\nПосле добавления вершины 6 граф имеет вид" << endl;
graph.print();
/* Удаление вершины */
// Индекс вершины 3 равен 1
graph.removeVertex(1);
cout << "\nПосле удаления вершины 3 граф имеет вид" << endl;
graph.print();
return 0;
}
+59
View File
@@ -0,0 +1,59 @@
/**
* File: graph_bfs.cpp
* Created Time: 2023-03-02
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
#include "./graph_adjacency_list.cpp"
/* Обход в ширину */
// Использовать список смежности для представления графа, чтобы получить все смежные вершины заданной вершины
vector<Vertex *> graphBFS(GraphAdjList &graph, Vertex *startVet) {
// Последовательность обхода вершин
vector<Vertex *> res;
// Хеш-множество для хранения уже посещенных вершин
unordered_set<Vertex *> visited = {startVet};
// Очередь используется для реализации BFS
queue<Vertex *> que;
que.push(startVet);
// Начиная с вершины vet, продолжать цикл, пока не будут посещены все вершины
while (!que.empty()) {
Vertex *vet = que.front();
que.pop(); // Извлечь головную вершину из очереди
res.push_back(vet); // Отметить посещенную вершину
// Обойти все смежные вершины данной вершины
for (auto adjVet : graph.adjList[vet]) {
if (visited.count(adjVet))
continue; // Пропустить уже посещенную вершину
que.push(adjVet); // Помещать в очередь только непосещенные вершины
visited.emplace(adjVet); // Отметить эту вершину как посещенную
}
}
// Вернуть последовательность обхода вершин
return res;
}
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация неориентированного графа */
vector<Vertex *> v = valsToVets({0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9});
vector<vector<Vertex *>> edges = {{v[0], v[1]}, {v[0], v[3]}, {v[1], v[2]}, {v[1], v[4]},
{v[2], v[5]}, {v[3], v[4]}, {v[3], v[6]}, {v[4], v[5]},
{v[4], v[7]}, {v[5], v[8]}, {v[6], v[7]}, {v[7], v[8]}};
GraphAdjList graph(edges);
cout << "\nПосле инициализации граф имеет вид\n";
graph.print();
/* Обход в ширину */
vector<Vertex *> res = graphBFS(graph, v[0]);
cout << "\nПоследовательность вершин при обходе в ширину (BFS)" << endl;
printVector(vetsToVals(res));
// Освободить память
for (Vertex *vet : v) {
delete vet;
}
return 0;
}
+55
View File
@@ -0,0 +1,55 @@
/**
* File: graph_dfs.cpp
* Created Time: 2023-03-02
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
#include "./graph_adjacency_list.cpp"
/* Вспомогательная функция обхода в глубину */
void dfs(GraphAdjList &graph, unordered_set<Vertex *> &visited, vector<Vertex *> &res, Vertex *vet) {
res.push_back(vet); // Отметить посещенную вершину
visited.emplace(vet); // Отметить эту вершину как посещенную
// Обойти все смежные вершины данной вершины
for (Vertex *adjVet : graph.adjList[vet]) {
if (visited.count(adjVet))
continue; // Пропустить уже посещенную вершину
// Рекурсивно обходить смежные вершины
dfs(graph, visited, res, adjVet);
}
}
/* Обход в глубину */
// Использовать список смежности для представления графа, чтобы получить все смежные вершины заданной вершины
vector<Vertex *> graphDFS(GraphAdjList &graph, Vertex *startVet) {
// Последовательность обхода вершин
vector<Vertex *> res;
// Хеш-множество для хранения уже посещенных вершин
unordered_set<Vertex *> visited;
dfs(graph, visited, res, startVet);
return res;
}
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация неориентированного графа */
vector<Vertex *> v = valsToVets(vector<int>{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6});
vector<vector<Vertex *>> edges = {{v[0], v[1]}, {v[0], v[3]}, {v[1], v[2]},
{v[2], v[5]}, {v[4], v[5]}, {v[5], v[6]}};
GraphAdjList graph(edges);
cout << "\nПосле инициализации граф имеет вид" << endl;
graph.print();
/* Обход в глубину */
vector<Vertex *> res = graphDFS(graph, v[0]);
cout << "\nПоследовательность вершин при обходе в глубину (DFS)" << endl;
printVector(vetsToVals(res));
// Освободить память
for (Vertex *vet : v) {
delete vet;
}
return 0;
}
@@ -0,0 +1,3 @@
add_executable(coin_change_greedy coin_change_greedy.cpp)
add_executable(fractional_knapsack fractional_knapsack.cpp)
add_executable(max_capacity max_capacity.cpp)
@@ -0,0 +1,60 @@
/**
* File: coin_change_greedy.cpp
* Created Time: 2023-07-20
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Размен монет: жадный алгоритм */
int coinChangeGreedy(vector<int> &coins, int amt) {
// Предположить, что список coins упорядочен
int i = coins.size() - 1;
int count = 0;
// Циклически выполнять жадный выбор, пока не останется суммы
while (amt > 0) {
// Найти монету, которая меньше остатка суммы и наиболее к нему близка
while (i > 0 && coins[i] > amt) {
i--;
}
// Выбрать coins[i]
amt -= coins[i];
count++;
}
// Если допустимое решение не найдено, вернуть -1
return amt == 0 ? count : -1;
}
/* Driver Code */
int main() {
// Жадный подход: гарантирует нахождение глобально оптимального решения
vector<int> coins = {1, 5, 10, 20, 50, 100};
int amt = 186;
int res = coinChangeGreedy(coins, amt);
cout << "\ncoins = ";
printVector(coins);
cout << "amt = " << amt << endl;
cout << "Минимальное количество монет для набора суммы " << amt << " = " << res << endl;
// Жадный подход: не гарантирует нахождение глобально оптимального решения
coins = {1, 20, 50};
amt = 60;
res = coinChangeGreedy(coins, amt);
cout << "\ncoins = ";
printVector(coins);
cout << "amt = " << amt << endl;
cout << "Минимальное количество монет для набора суммы " << amt << " = " << res << endl;
cout << "На самом деле минимальное количество равно 3, а именно 20 + 20 + 20" << endl;
// Жадный подход: не гарантирует нахождение глобально оптимального решения
coins = {1, 49, 50};
amt = 98;
res = coinChangeGreedy(coins, amt);
cout << "\ncoins = ";
printVector(coins);
cout << "amt = " << amt << endl;
cout << "Минимальное количество монет для набора суммы " << amt << " = " << res << endl;
cout << "На самом деле минимальное количество равно 2, а именно 49 + 49" << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,56 @@
/**
* File: fractional_knapsack.cpp
* Created Time: 2023-07-20
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Предмет */
class Item {
public:
int w; // Вес предмета
int v; // Стоимость предмета
Item(int w, int v) : w(w), v(v) {
}
};
/* Дробный рюкзак: жадный алгоритм */
double fractionalKnapsack(vector<int> &wgt, vector<int> &val, int cap) {
// Создать список предметов с двумя свойствами: вес и стоимость
vector<Item> items;
for (int i = 0; i < wgt.size(); i++) {
items.push_back(Item(wgt[i], val[i]));
}
// Отсортировать по удельной стоимости item.v / item.w в порядке убывания
sort(items.begin(), items.end(), [](Item &a, Item &b) { return (double)a.v / a.w > (double)b.v / b.w; });
// Циклический жадный выбор
double res = 0;
for (auto &item : items) {
if (item.w <= cap) {
// Если оставшейся вместимости достаточно, положить в рюкзак текущий предмет целиком
res += item.v;
cap -= item.w;
} else {
// Если оставшейся вместимости недостаточно, положить в рюкзак часть текущего предмета
res += (double)item.v / item.w * cap;
// Свободной вместимости больше не осталось, поэтому выйти из цикла
break;
}
}
return res;
}
/* Driver Code */
int main() {
vector<int> wgt = {10, 20, 30, 40, 50};
vector<int> val = {50, 120, 150, 210, 240};
int cap = 50;
// Жадный алгоритм
double res = fractionalKnapsack(wgt, val, cap);
cout << "Максимальная стоимость предметов, не превышающая вместимость рюкзака, равна " << res << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,39 @@
/**
* File: max_capacity.cpp
* Created Time: 2023-07-21
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Максимальная вместимость: жадный алгоритм */
int maxCapacity(vector<int> &ht) {
// Инициализировать i и j так, чтобы они располагались по двум концам массива
int i = 0, j = ht.size() - 1;
// Начальная максимальная вместимость равна 0
int res = 0;
// Выполнять жадный выбор в цикле, пока две доски не встретятся
while (i < j) {
// Обновить максимальную вместимость
int cap = min(ht[i], ht[j]) * (j - i);
res = max(res, cap);
// Сдвигать внутрь более короткую сторону
if (ht[i] < ht[j]) {
i++;
} else {
j--;
}
}
return res;
}
/* Driver Code */
int main() {
vector<int> ht = {3, 8, 5, 2, 7, 7, 3, 4};
// Жадный алгоритм
int res = maxCapacity(ht);
cout << "Максимальная вместимость = " << res << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,39 @@
/**
* File: max_product_cutting.cpp
* Created Time: 2023-07-21
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Максимальное произведение разрезания: жадный алгоритм */
int maxProductCutting(int n) {
// Когда n <= 3, обязательно нужно выделить одну 1
if (n <= 3) {
return 1 * (n - 1);
}
// Жадно выделить множители 3, где a — число троек, а b — остаток
int a = n / 3;
int b = n % 3;
if (b == 1) {
// Если остаток равен 1, преобразовать одну пару 1 * 3 в 2 * 2
return (int)pow(3, a - 1) * 2 * 2;
}
if (b == 2) {
// Если остаток равен 2, ничего не делать
return (int)pow(3, a) * 2;
}
// Если остаток равен 0, ничего не делать
return (int)pow(3, a);
}
/* Driver Code */
int main() {
int n = 58;
// Жадный алгоритм
int res = maxProductCutting(n);
cout << "Максимальное произведение после разрезания = " << res << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,6 @@
add_executable(hash_map hash_map.cpp)
add_executable(array_hash_map_test array_hash_map_test.cpp)
add_executable(hash_map_chaining hash_map_chaining.cpp)
add_executable(hash_map_open_addressing hash_map_open_addressing.cpp)
add_executable(simple_hash simple_hash.cpp)
add_executable(built_in_hash built_in_hash.cpp)
@@ -0,0 +1,110 @@
/**
* File: array_hash_map.cpp
* Created Time: 2022-12-14
* Author: msk397 (machangxinq@gmail.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Пара ключ-значение */
struct Pair {
public:
int key;
string val;
Pair(int key, string val) {
this->key = key;
this->val = val;
}
};
/* Хеш-таблица на основе массива */
class ArrayHashMap {
private:
vector<Pair *> buckets;
public:
ArrayHashMap() {
// Инициализировать массив, содержащий 100 корзин
buckets = vector<Pair *>(100);
}
~ArrayHashMap() {
// Освободить память
for (const auto &bucket : buckets) {
delete bucket;
}
buckets.clear();
}
/* Хеш-функция */
int hashFunc(int key) {
int index = key % 100;
return index;
}
/* Операция поиска */
string get(int key) {
int index = hashFunc(key);
Pair *pair = buckets[index];
if (pair == nullptr)
return "";
return pair->val;
}
/* Операция добавления */
void put(int key, string val) {
Pair *pair = new Pair(key, val);
int index = hashFunc(key);
buckets[index] = pair;
}
/* Операция удаления */
void remove(int key) {
int index = hashFunc(key);
// Освободить память и присвоить nullptr
delete buckets[index];
buckets[index] = nullptr;
}
/* Получить все пары ключ-значение */
vector<Pair *> pairSet() {
vector<Pair *> pairSet;
for (Pair *pair : buckets) {
if (pair != nullptr) {
pairSet.push_back(pair);
}
}
return pairSet;
}
/* Получить все ключи */
vector<int> keySet() {
vector<int> keySet;
for (Pair *pair : buckets) {
if (pair != nullptr) {
keySet.push_back(pair->key);
}
}
return keySet;
}
/* Получить все значения */
vector<string> valueSet() {
vector<string> valueSet;
for (Pair *pair : buckets) {
if (pair != nullptr) {
valueSet.push_back(pair->val);
}
}
return valueSet;
}
/* Вывести хеш-таблицу */
void print() {
for (Pair *kv : pairSet()) {
cout << kv->key << " -> " << kv->val << endl;
}
}
};
// Тестовые примеры см. в array_hash_map_test.cpp
@@ -0,0 +1,52 @@
/**
* File: array_hash_map_test.cpp
* Created Time: 2022-12-14
* Author: msk397 (machangxinq@gmail.com)
*/
#include "./array_hash_map.cpp"
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация хеш-таблицы */
ArrayHashMap map = ArrayHashMap();
/* Операция добавления */
// Добавить пару (key, value) в хеш-таблицу
map.put(12836, "Сяо Ха");
map.put(15937, "Сяо Ло");
map.put(16750, "Сяо Суань");
map.put(13276, "Сяо Фа");
map.put(10583, "Сяо Я");
cout << "\nПосле добавления хеш-таблица имеет вид\nКлюч -> Значение" << endl;
map.print();
/* Операция поиска */
// Ввести в хеш-таблицу ключ key и получить значение value
string name = map.get(15937);
cout << "\nДля студенческого номера 15937 найдено имя " << name << endl;
/* Операция удаления */
// Удалить пару (key, value) из хеш-таблицы
map.remove(10583);
cout << "\nПосле удаления 10583 хеш-таблица имеет вид\nКлюч -> Значение" << endl;
map.print();
/* Обход хеш-таблицы */
cout << "\nОтдельный обход пар ключ-значение" << endl;
for (auto kv : map.pairSet()) {
cout << kv->key << " -> " << kv->val << endl;
}
cout << "\nОтдельный обход ключей" << endl;
for (auto key : map.keySet()) {
cout << key << endl;
}
cout << "\nОтдельный обход значений" << endl;
for (auto val : map.valueSet()) {
cout << val << endl;
}
return 0;
}
@@ -0,0 +1,29 @@
/**
* File: built_in_hash.cpp
* Created Time: 2023-06-21
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Driver Code */
int main() {
int num = 3;
size_t hashNum = hash<int>()(num);
cout << "Хеш-значение целого числа " << num << " = " << hashNum << "\n";
bool bol = true;
size_t hashBol = hash<bool>()(bol);
cout << "Хеш-значение булева значения " << bol << " = " << hashBol << "\n";
double dec = 3.14159;
size_t hashDec = hash<double>()(dec);
cout << "Хеш-значение десятичного числа " << dec << " = " << hashDec << "\n";
string str = "Hello Algo";
size_t hashStr = hash<string>()(str);
cout << "Хеш-значение строки " << str << " = " << hashStr << "\n";
// В C++ встроенный std::hash() предоставляет вычисление хеша только для базовых типов данных
// Вычисление хеша для массивов и объектов нужно реализовывать самостоятельно
}
+46
View File
@@ -0,0 +1,46 @@
/**
* File: hash_map.cpp
* Created Time: 2022-12-14
* Author: msk397 (machangxinq@gmail.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация хеш-таблицы */
unordered_map<int, string> map;
/* Операция добавления */
// Добавить пару (key, value) в хеш-таблицу
map[12836] = "Сяо Ха";
map[15937] = "Сяо Ло";
map[16750] = "Сяо Суань";
map[13276] = "Сяо Фа";
map[10583] = "Сяо Я";
cout << "\nПосле добавления хеш-таблица имеет вид\nКлюч -> Значение" << endl;
printHashMap(map);
/* Операция поиска */
// Ввести в хеш-таблицу ключ key и получить значение value
string name = map[15937];
cout << "\nДля студенческого номера 15937 найдено имя " << name << endl;
/* Операция удаления */
// Удалить пару (key, value) из хеш-таблицы
map.erase(10583);
cout << "\nПосле удаления 10583 хеш-таблица имеет вид\nКлюч -> Значение" << endl;
printHashMap(map);
/* Обход хеш-таблицы */
cout << "\nОтдельный обход пар ключ-значение" << endl;
for (auto kv : map) {
cout << kv.first << " -> " << kv.second << endl;
}
cout << "\nОбход пар Key->Value с помощью итератора" << endl;
for (auto iter = map.begin(); iter != map.end(); iter++) {
cout << iter->first << "->" << iter->second << endl;
}
return 0;
}
@@ -0,0 +1,150 @@
/**
* File: hash_map_chaining.cpp
* Created Time: 2023-06-13
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "./array_hash_map.cpp"
/* Хеш-таблица с цепочками */
class HashMapChaining {
private:
int size; // Число пар ключ-значение
int capacity; // Вместимость хеш-таблицы
double loadThres; // Порог коэффициента загрузки для запуска расширения
int extendRatio; // Коэффициент расширения
vector<vector<Pair *>> buckets; // Массив корзин
public:
/* Конструктор */
HashMapChaining() : size(0), capacity(4), loadThres(2.0 / 3.0), extendRatio(2) {
buckets.resize(capacity);
}
/* Метод-деструктор */
~HashMapChaining() {
for (auto &bucket : buckets) {
for (Pair *pair : bucket) {
// Освободить память
delete pair;
}
}
}
/* Хеш-функция */
int hashFunc(int key) {
return key % capacity;
}
/* Коэффициент загрузки */
double loadFactor() {
return (double)size / (double)capacity;
}
/* Операция поиска */
string get(int key) {
int index = hashFunc(key);
// Обойти корзину; если найден key, вернуть соответствующее val
for (Pair *pair : buckets[index]) {
if (pair->key == key) {
return pair->val;
}
}
// Если key не найден, вернуть пустую строку
return "";
}
/* Операция добавления */
void put(int key, string val) {
// Когда коэффициент загрузки превышает порог, выполнить расширение
if (loadFactor() > loadThres) {
extend();
}
int index = hashFunc(key);
// Обойти корзину; если встретился указанный key, обновить соответствующее val и вернуть
for (Pair *pair : buckets[index]) {
if (pair->key == key) {
pair->val = val;
return;
}
}
// Если такого key нет, добавить пару ключ-значение в конец
buckets[index].push_back(new Pair(key, val));
size++;
}
/* Операция удаления */
void remove(int key) {
int index = hashFunc(key);
auto &bucket = buckets[index];
// Обойти корзину и удалить из нее пару ключ-значение
for (int i = 0; i < bucket.size(); i++) {
if (bucket[i]->key == key) {
Pair *tmp = bucket[i];
bucket.erase(bucket.begin() + i); // Удалить из него пару ключ-значение
delete tmp; // Освободить память
size--;
return;
}
}
}
/* Расширить хеш-таблицу */
void extend() {
// Временно сохранить исходную хеш-таблицу
vector<vector<Pair *>> bucketsTmp = buckets;
// Инициализация новой хеш-таблицы после расширения
capacity *= extendRatio;
buckets.clear();
buckets.resize(capacity);
size = 0;
// Перенести пары ключ-значение из исходной хеш-таблицы в новую
for (auto &bucket : bucketsTmp) {
for (Pair *pair : bucket) {
put(pair->key, pair->val);
// Освободить память
delete pair;
}
}
}
/* Вывести хеш-таблицу */
void print() {
for (auto &bucket : buckets) {
cout << "[";
for (Pair *pair : bucket) {
cout << pair->key << " -> " << pair->val << ", ";
}
cout << "]\n";
}
}
};
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация хеш-таблицы */
HashMapChaining map = HashMapChaining();
/* Операция добавления */
// Добавить пару (key, value) в хеш-таблицу
map.put(12836, "Сяо Ха");
map.put(15937, "Сяо Ло");
map.put(16750, "Сяо Суань");
map.put(13276, "Сяо Фа");
map.put(10583, "Сяо Я");
cout << "\nПосле добавления хеш-таблица имеет вид\nКлюч -> Значение" << endl;
map.print();
/* Операция поиска */
// Ввести в хеш-таблицу ключ key и получить значение value
string name = map.get(13276);
cout << "\nДля студенческого номера 13276 найдено имя " << name << endl;
/* Операция удаления */
// Удалить пару (key, value) из хеш-таблицы
map.remove(12836);
cout << "\nПосле удаления 12836 хеш-таблица имеет вид\nКлюч -> Значение" << endl;
map.print();
return 0;
}
@@ -0,0 +1,171 @@
/**
* File: hash_map_open_addressing.cpp
* Created Time: 2023-06-13
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "./array_hash_map.cpp"
/* Хеш-таблица с открытой адресацией */
class HashMapOpenAddressing {
private:
int size; // Число пар ключ-значение
int capacity = 4; // Вместимость хеш-таблицы
const double loadThres = 2.0 / 3.0; // Порог коэффициента загрузки для запуска расширения
const int extendRatio = 2; // Коэффициент расширения
vector<Pair *> buckets; // Массив корзин
Pair *TOMBSTONE = new Pair(-1, "-1"); // Удалить метку
public:
/* Конструктор */
HashMapOpenAddressing() : size(0), buckets(capacity, nullptr) {
}
/* Метод-деструктор */
~HashMapOpenAddressing() {
for (Pair *pair : buckets) {
if (pair != nullptr && pair != TOMBSTONE) {
delete pair;
}
}
delete TOMBSTONE;
}
/* Хеш-функция */
int hashFunc(int key) {
return key % capacity;
}
/* Коэффициент загрузки */
double loadFactor() {
return (double)size / capacity;
}
/* Найти индекс корзины, соответствующий key */
int findBucket(int key) {
int index = hashFunc(key);
int firstTombstone = -1;
// Выполнять линейное пробирование и завершить при встрече с пустой корзиной
while (buckets[index] != nullptr) {
// Если встретился key, вернуть соответствующий индекс корзины
if (buckets[index]->key == key) {
// Если ранее встретилась метка удаления, переместить пару ключ-значение на этот индекс
if (firstTombstone != -1) {
buckets[firstTombstone] = buckets[index];
buckets[index] = TOMBSTONE;
return firstTombstone; // Вернуть индекс корзины после перемещения
}
return index; // Вернуть индекс корзины
}
// Записать первую встретившуюся метку удаления
if (firstTombstone == -1 && buckets[index] == TOMBSTONE) {
firstTombstone = index;
}
// Вычислить индекс корзины; при выходе за конец вернуться к началу
index = (index + 1) % capacity;
}
// Если key не существует, вернуть индекс точки добавления
return firstTombstone == -1 ? index : firstTombstone;
}
/* Операция поиска */
string get(int key) {
// Найти индекс корзины, соответствующий key
int index = findBucket(key);
// Если пара ключ-значение найдена, вернуть соответствующее val
if (buckets[index] != nullptr && buckets[index] != TOMBSTONE) {
return buckets[index]->val;
}
// Если пары ключ-значение не существует, вернуть пустую строку
return "";
}
/* Операция добавления */
void put(int key, string val) {
// Когда коэффициент загрузки превышает порог, выполнить расширение
if (loadFactor() > loadThres) {
extend();
}
// Найти индекс корзины, соответствующий key
int index = findBucket(key);
// Если пара ключ-значение найдена, перезаписать val и вернуть
if (buckets[index] != nullptr && buckets[index] != TOMBSTONE) {
buckets[index]->val = val;
return;
}
// Если пары ключ-значение нет, добавить ее
buckets[index] = new Pair(key, val);
size++;
}
/* Операция удаления */
void remove(int key) {
// Найти индекс корзины, соответствующий key
int index = findBucket(key);
// Если пара ключ-значение найдена, заменить ее меткой удаления
if (buckets[index] != nullptr && buckets[index] != TOMBSTONE) {
delete buckets[index];
buckets[index] = TOMBSTONE;
size--;
}
}
/* Расширить хеш-таблицу */
void extend() {
// Временно сохранить исходную хеш-таблицу
vector<Pair *> bucketsTmp = buckets;
// Инициализация новой хеш-таблицы после расширения
capacity *= extendRatio;
buckets = vector<Pair *>(capacity, nullptr);
size = 0;
// Перенести пары ключ-значение из исходной хеш-таблицы в новую
for (Pair *pair : bucketsTmp) {
if (pair != nullptr && pair != TOMBSTONE) {
put(pair->key, pair->val);
delete pair;
}
}
}
/* Вывести хеш-таблицу */
void print() {
for (Pair *pair : buckets) {
if (pair == nullptr) {
cout << "nullptr" << endl;
} else if (pair == TOMBSTONE) {
cout << "TOMBSTONE" << endl;
} else {
cout << pair->key << " -> " << pair->val << endl;
}
}
}
};
/* Driver Code */
int main() {
// Инициализация хеш-таблицы
HashMapOpenAddressing hashmap;
// Операция добавления
// Добавить пару (key, val) в хеш-таблицу
hashmap.put(12836, "Сяо Ха");
hashmap.put(15937, "Сяо Ло");
hashmap.put(16750, "Сяо Суань");
hashmap.put(13276, "Сяо Фа");
hashmap.put(10583, "Сяо Я");
cout << "\nПосле добавления хеш-таблица имеет вид\nКлюч -> Значение" << endl;
hashmap.print();
// Операция поиска
// Передать ключ key в хеш-таблицу и получить значение val
string name = hashmap.get(13276);
cout << "\nДля студенческого номера 13276 найдено имя " << name << endl;
// Операция удаления
// Удалить пару (key, val) из хеш-таблицы
hashmap.remove(16750);
cout << "\nПосле удаления 16750 хеш-таблица имеет вид\nКлюч -> Значение" << endl;
hashmap.print();
return 0;
}
@@ -0,0 +1,66 @@
/**
* File: simple_hash.cpp
* Created Time: 2023-06-21
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Аддитивное хеширование */
int addHash(string key) {
long long hash = 0;
const int MODULUS = 1000000007;
for (unsigned char c : key) {
hash = (hash + (int)c) % MODULUS;
}
return (int)hash;
}
/* Мультипликативное хеширование */
int mulHash(string key) {
long long hash = 0;
const int MODULUS = 1000000007;
for (unsigned char c : key) {
hash = (31 * hash + (int)c) % MODULUS;
}
return (int)hash;
}
/* XOR-хеширование */
int xorHash(string key) {
int hash = 0;
const int MODULUS = 1000000007;
for (unsigned char c : key) {
hash ^= (int)c;
}
return hash & MODULUS;
}
/* Хеширование с циклическим сдвигом */
int rotHash(string key) {
long long hash = 0;
const int MODULUS = 1000000007;
for (unsigned char c : key) {
hash = ((hash << 4) ^ (hash >> 28) ^ (int)c) % MODULUS;
}
return (int)hash;
}
/* Driver Code */
int main() {
string key = "Hello Algo";
int hash = addHash(key);
cout << "Хеш суммы = " << hash << endl;
hash = mulHash(key);
cout << "Хеш произведения = " << hash << endl;
hash = xorHash(key);
cout << "XOR-хеш = " << hash << endl;
hash = rotHash(key);
cout << "Хеш с циклическим сдвигом = " << hash << endl;
return 0;
}
+3
View File
@@ -0,0 +1,3 @@
add_executable(heap heap.cpp)
add_executable(my_heap my_heap.cpp)
add_executable(top_k top_k.cpp)
+66
View File
@@ -0,0 +1,66 @@
/**
* File: heap.cpp
* Created Time: 2023-01-19
* Author: LoneRanger(836253168@qq.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
void testPush(priority_queue<int> &heap, int val) {
heap.push(val); // Добавление элемента в кучу
cout << "\nПосле добавления элемента " << val << " в кучу" << endl;
printHeap(heap);
}
void testPop(priority_queue<int> &heap) {
int val = heap.top();
heap.pop();
cout << "\nПосле извлечения верхнего элемента " << val << " из кучи" << endl;
printHeap(heap);
}
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация кучи */
// Инициализировать минимальную кучу
// priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> minHeap;
// Инициализировать максимальную кучу
priority_queue<int, vector<int>, less<int>> maxHeap;
cout << "\nНиже приведены тестовые примеры для max-heap" << endl;
/* Добавление элемента в кучу */
testPush(maxHeap, 1);
testPush(maxHeap, 3);
testPush(maxHeap, 2);
testPush(maxHeap, 5);
testPush(maxHeap, 4);
/* Получение элемента с вершины кучи */
int peek = maxHeap.top();
cout << "\nВерхний элемент кучи = " << peek << endl;
/* Извлечение элемента с вершины кучи */
testPop(maxHeap);
testPop(maxHeap);
testPop(maxHeap);
testPop(maxHeap);
testPop(maxHeap);
/* Получение размера кучи */
int size = maxHeap.size();
cout << "\nКоличество элементов в куче = " << size << endl;
/* Проверка, пуста ли куча */
bool isEmpty = maxHeap.empty();
cout << "\nПуста ли куча: " << isEmpty << endl;
/* Построить кучу по входному списку */
// Временная сложность равна O(n), а не O(nlogn)
vector<int> input{1, 3, 2, 5, 4};
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> minHeap(input.begin(), input.end());
cout << "После построения min-heap из входного списка" << endl;
printHeap(minHeap);
return 0;
}
+155
View File
@@ -0,0 +1,155 @@
/**
* File: my_heap.cpp
* Created Time: 2023-02-04
* Author: LoneRanger (836253168@qq.com), what-is-me (whatisme@outlook.jp)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Максимальная куча */
class MaxHeap {
private:
// Использовать динамический массив, чтобы не учитывать проблему расширения
vector<int> maxHeap;
/* Получить индекс левого дочернего узла */
int left(int i) {
return 2 * i + 1;
}
/* Получить индекс правого дочернего узла */
int right(int i) {
return 2 * i + 2;
}
/* Получить индекс родительского узла */
int parent(int i) {
return (i - 1) / 2; // Округление вниз при делении
}
/* Начиная с узла i, выполнить просеивание снизу вверх */
void siftUp(int i) {
while (true) {
// Получение родительского узла для узла i
int p = parent(i);
// Завершить heapify, когда «корневой узел уже пройден» или «узел не требует исправления»
if (p < 0 || maxHeap[i] <= maxHeap[p])
break;
// Поменять два узла местами
swap(maxHeap[i], maxHeap[p]);
// Циклическое просеивание вверх
i = p;
}
}
/* Начиная с узла i, выполнить просеивание сверху вниз */
void siftDown(int i) {
while (true) {
// Определить узел с максимальным значением среди i, l и r и обозначить его как ma
int l = left(i), r = right(i), ma = i;
if (l < size() && maxHeap[l] > maxHeap[ma])
ma = l;
if (r < size() && maxHeap[r] > maxHeap[ma])
ma = r;
// Если узел i уже максимален или индексы l и r вне границ, дальнейшее просеивание не требуется, выйти
if (ma == i)
break;
swap(maxHeap[i], maxHeap[ma]);
// Циклическое просеивание вниз
i = ma;
}
}
public:
/* Конструктор, строящий кучу по входному списку */
MaxHeap(vector<int> nums) {
// Добавить элементы списка в кучу без изменений
maxHeap = nums;
// Выполнить heapify для всех узлов, кроме листовых
for (int i = parent(size() - 1); i >= 0; i--) {
siftDown(i);
}
}
/* Получение размера кучи */
int size() {
return maxHeap.size();
}
/* Проверка, пуста ли куча */
bool isEmpty() {
return size() == 0;
}
/* Доступ к элементу на вершине кучи */
int peek() {
return maxHeap[0];
}
/* Добавление элемента в кучу */
void push(int val) {
// Добавление узла
maxHeap.push_back(val);
// Просеивание снизу вверх
siftUp(size() - 1);
}
/* Извлечение элемента из кучи */
void pop() {
// Обработка пустого случая
if (isEmpty()) {
throw out_of_range("куча пуста");
}
// Поменять корневой узел с самым правым листом местами (поменять первый и последний элементы)
swap(maxHeap[0], maxHeap[size() - 1]);
// Удаление узла
maxHeap.pop_back();
// Просеивание сверху вниз
siftDown(0);
}
/* Вывести кучу (двоичное дерево) */
void print() {
cout << "Массивное представление кучи:";
printVector(maxHeap);
cout << "Древовидное представление кучи:" << endl;
TreeNode *root = vectorToTree(maxHeap);
printTree(root);
freeMemoryTree(root);
}
};
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация максимальной кучи */
vector<int> vec{9, 8, 6, 6, 7, 5, 2, 1, 4, 3, 6, 2};
MaxHeap maxHeap(vec);
cout << "\nПосле построения кучи из входного списка" << endl;
maxHeap.print();
/* Получение элемента с вершины кучи */
int peek = maxHeap.peek();
cout << "\nВерхний элемент кучи = " << peek << endl;
/* Добавление элемента в кучу */
int val = 7;
maxHeap.push(val);
cout << "\nПосле добавления элемента " << val << " в кучу" << endl;
maxHeap.print();
/* Извлечение элемента с вершины кучи */
peek = maxHeap.peek();
maxHeap.pop();
cout << "\nПосле извлечения верхнего элемента " << peek << " из кучи" << endl;
maxHeap.print();
/* Получение размера кучи */
int size = maxHeap.size();
cout << "\nКоличество элементов в куче = " << size << endl;
/* Проверка, пуста ли куча */
bool isEmpty = maxHeap.isEmpty();
cout << "\nПуста ли куча: " << isEmpty << endl;
return 0;
}
+38
View File
@@ -0,0 +1,38 @@
/**
* File: top_k.cpp
* Created Time: 2023-06-12
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Найти k наибольших элементов массива с помощью кучи */
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> topKHeap(vector<int> &nums, int k) {
// Инициализация минимальной кучи
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> heap;
// Поместить первые k элементов массива в кучу
for (int i = 0; i < k; i++) {
heap.push(nums[i]);
}
// Начиная с элемента k+1, поддерживать длину кучи равной k
for (int i = k; i < nums.size(); i++) {
// Если текущий элемент больше элемента на вершине кучи, извлечь вершину кучи и добавить текущий элемент в кучу
if (nums[i] > heap.top()) {
heap.pop();
heap.push(nums[i]);
}
}
return heap;
}
// Driver Code
int main() {
vector<int> nums = {1, 7, 6, 3, 2};
int k = 3;
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> res = topKHeap(nums, k);
cout << "Наибольшие " << k << " элементов: ";
printHeap(res);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,4 @@
add_executable(binary_search binary_search.cpp)
add_executable(binary_search_insertion binary_search_insertion.cpp)
add_executable(binary_search_edge binary_search_edge.cpp)
add_executable(two_sum two_sum.cpp)
@@ -0,0 +1,59 @@
/**
* File: binary_search.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Бинарный поиск (двусторонне замкнутый интервал) */
int binarySearch(vector<int> &nums, int target) {
// Инициализировать двусторонне замкнутый интервал [0, n-1], то есть i и j указывают на первый и последний элементы массива соответственно
int i = 0, j = nums.size() - 1;
// Цикл завершается, когда диапазон поиска пуст (при i > j диапазон пуст)
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // Вычислить индекс середины m
if (nums[m] < target) // Это означает, что target находится в интервале [m+1, j]
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // Это означает, что target находится в интервале [i, m-1]
j = m - 1;
else // Целевой элемент найден, вернуть его индекс
return m;
}
// Целевой элемент не найден, вернуть -1
return -1;
}
/* Бинарный поиск (лево замкнутый, право открытый интервал) */
int binarySearchLCRO(vector<int> &nums, int target) {
// Инициализировать лево замкнутый, право открытый интервал [0, n), то есть i и j указывают на первый элемент массива и позицию сразу за последним элементом соответственно
int i = 0, j = nums.size();
// Цикл завершается, когда диапазон поиска пуст (при i = j диапазон пуст)
while (i < j) {
int m = i + (j - i) / 2; // Вычислить индекс середины m
if (nums[m] < target) // Это означает, что target находится в интервале [m+1, j)
i = m + 1;
else if (nums[m] > target) // Это означает, что target находится в интервале [i, m)
j = m;
else // Целевой элемент найден, вернуть его индекс
return m;
}
// Целевой элемент не найден, вернуть -1
return -1;
}
/* Driver Code */
int main() {
int target = 6;
vector<int> nums = {1, 3, 6, 8, 12, 15, 23, 26, 31, 35};
/* Бинарный поиск (двусторонне замкнутый интервал) */
int index = binarySearch(nums, target);
cout << "Индекс целевого элемента 6 = " << index << endl;
/* Бинарный поиск (лево замкнутый, право открытый интервал) */
index = binarySearchLCRO(nums, target);
cout << "Индекс целевого элемента 6 = " << index << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,66 @@
/**
* File: binary_search_edge.cpp
* Created Time: 2023-08-04
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Бинарный поиск точки вставки (с повторяющимися элементами) */
int binarySearchInsertion(const vector<int> &nums, int target) {
int i = 0, j = nums.size() - 1; // Инициализировать двусторонне замкнутый интервал [0, n-1]
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // Вычислить индекс середины m
if (nums[m] < target) {
i = m + 1; // target находится в интервале [m+1, j]
} else {
j = m - 1; // Первый элемент меньше target находится в интервале [i, m-1]
}
}
// Вернуть точку вставки i
return i;
}
/* Бинарный поиск самого левого target */
int binarySearchLeftEdge(vector<int> &nums, int target) {
// Эквивалентно поиску точки вставки target
int i = binarySearchInsertion(nums, target);
// target не найден, вернуть -1
if (i == nums.size() || nums[i] != target) {
return -1;
}
// Найти target и вернуть индекс i
return i;
}
/* Бинарный поиск самого правого target */
int binarySearchRightEdge(vector<int> &nums, int target) {
// Преобразовать задачу в поиск самого левого target + 1
int i = binarySearchInsertion(nums, target + 1);
// j указывает на самый правый target, а i — на первый элемент больше target
int j = i - 1;
// target не найден, вернуть -1
if (j == -1 || nums[j] != target) {
return -1;
}
// Найти target и вернуть индекс j
return j;
}
/* Driver Code */
int main() {
// Массив с повторяющимися элементами
vector<int> nums = {1, 3, 6, 6, 6, 6, 6, 10, 12, 15};
cout << "\nМассив nums = ";
printVector(nums);
// Бинарный поиск левой и правой границы
for (int target : {6, 7}) {
int index = binarySearchLeftEdge(nums, target);
cout << "Индекс самого левого элемента " << target << " равен " << index << endl;
index = binarySearchRightEdge(nums, target);
cout << "Индекс самого правого элемента " << target << " равен " << index << endl;
}
return 0;
}
@@ -0,0 +1,66 @@
/**
* File: binary_search_insertion.cpp
* Created Time: 2023-08-04
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Бинарный поиск точки вставки (без повторяющихся элементов) */
int binarySearchInsertionSimple(vector<int> &nums, int target) {
int i = 0, j = nums.size() - 1; // Инициализировать двусторонне замкнутый интервал [0, n-1]
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // Вычислить индекс середины m
if (nums[m] < target) {
i = m + 1; // target находится в интервале [m+1, j]
} else if (nums[m] > target) {
j = m - 1; // target находится в интервале [i, m-1]
} else {
return m; // Найти target и вернуть точку вставки m
}
}
// target не найден, вернуть точку вставки i
return i;
}
/* Бинарный поиск точки вставки (с повторяющимися элементами) */
int binarySearchInsertion(vector<int> &nums, int target) {
int i = 0, j = nums.size() - 1; // Инициализировать двусторонне замкнутый интервал [0, n-1]
while (i <= j) {
int m = i + (j - i) / 2; // Вычислить индекс середины m
if (nums[m] < target) {
i = m + 1; // target находится в интервале [m+1, j]
} else if (nums[m] > target) {
j = m - 1; // target находится в интервале [i, m-1]
} else {
j = m - 1; // Первый элемент меньше target находится в интервале [i, m-1]
}
}
// Вернуть точку вставки i
return i;
}
/* Driver Code */
int main() {
// Массив без повторяющихся элементов
vector<int> nums = {1, 3, 6, 8, 12, 15, 23, 26, 31, 35};
cout << "\nМассив nums = ";
printVector(nums);
// Бинарный поиск точки вставки
for (int target : {6, 9}) {
int index = binarySearchInsertionSimple(nums, target);
cout << "Индекс позиции вставки элемента " << target << " равен " << index << endl;
}
// Массив с повторяющимися элементами
nums = {1, 3, 6, 6, 6, 6, 6, 10, 12, 15};
cout << "\nМассив nums = ";
printVector(nums);
// Бинарный поиск точки вставки
for (int target : {2, 6, 20}) {
int index = binarySearchInsertion(nums, target);
cout << "Индекс позиции вставки элемента " << target << " равен " << index << endl;
}
return 0;
}
@@ -0,0 +1,53 @@
/**
* File: hashing_search.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Хеш-поиск (массив) */
int hashingSearchArray(unordered_map<int, int> map, int target) {
// key хеш-таблицы: целевой элемент, value: индекс
// Если такого key нет в хеш-таблице, вернуть -1
if (map.find(target) == map.end())
return -1;
return map[target];
}
/* Хеш-поиск (связный список) */
ListNode *hashingSearchLinkedList(unordered_map<int, ListNode *> map, int target) {
// key хеш-таблицы: значение целевого узла, value: объект узла
// Если такого key нет в хеш-таблице, вернуть nullptr
if (map.find(target) == map.end())
return nullptr;
return map[target];
}
/* Driver Code */
int main() {
int target = 3;
/* Хеш-поиск (массив) */
vector<int> nums = {1, 5, 3, 2, 4, 7, 5, 9, 10, 8};
// Инициализация хеш-таблицы
unordered_map<int, int> map;
for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
map[nums[i]] = i; // key: элемент, value: индекс
}
int index = hashingSearchArray(map, target);
cout << "Индекс целевого элемента 3 = " << index << endl;
/* Хеш-поиск (связный список) */
ListNode *head = vecToLinkedList(nums);
// Инициализация хеш-таблицы
unordered_map<int, ListNode *> map1;
while (head != nullptr) {
map1[head->val] = head; // key: значение узла, value: узел
head = head->next;
}
ListNode *node = hashingSearchLinkedList(map1, target);
cout << "Объект узла со значением 3 = " << node << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,49 @@
/**
* File: linear_search.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Линейный поиск (массив) */
int linearSearchArray(vector<int> &nums, int target) {
// Обход массива
for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
// Целевой элемент найден, вернуть его индекс
if (nums[i] == target)
return i;
}
// Целевой элемент не найден, вернуть -1
return -1;
}
/* Линейный поиск (связный список) */
ListNode *linearSearchLinkedList(ListNode *head, int target) {
// Обойти связный список
while (head != nullptr) {
// Найти целевой узел и вернуть его
if (head->val == target)
return head;
head = head->next;
}
// Целевой узел не найден, вернуть nullptr
return nullptr;
}
/* Driver Code */
int main() {
int target = 3;
/* Выполнить линейный поиск в массиве */
vector<int> nums = {1, 5, 3, 2, 4, 7, 5, 9, 10, 8};
int index = linearSearchArray(nums, target);
cout << "Индекс целевого элемента 3 = " << index << endl;
/* Выполнить линейный поиск в связном списке */
ListNode *head = vecToLinkedList(nums);
ListNode *node = linearSearchLinkedList(head, target);
cout << "Объект узла со значением 3 = " << node << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,54 @@
/**
* File: two_sum.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Метод 1: полный перебор */
vector<int> twoSumBruteForce(vector<int> &nums, int target) {
int size = nums.size();
// Два вложенных цикла, временная сложность O(n^2)
for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
for (int j = i + 1; j < size; j++) {
if (nums[i] + nums[j] == target)
return {i, j};
}
}
return {};
}
/* Метод 2: вспомогательная хеш-таблица */
vector<int> twoSumHashTable(vector<int> &nums, int target) {
int size = nums.size();
// Вспомогательная хеш-таблица, пространственная сложность O(n)
unordered_map<int, int> dic;
// Один цикл, временная сложность O(n)
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (dic.find(target - nums[i]) != dic.end()) {
return {dic[target - nums[i]], i};
}
dic.emplace(nums[i], i);
}
return {};
}
/* Driver Code */
int main() {
// ======= Test Case =======
vector<int> nums = {2, 7, 11, 15};
int target = 13;
// ====== Основной код ======
// Метод 1
vector<int> res = twoSumBruteForce(nums, target);
cout << "Результат метода 1 res = ";
printVector(res);
// Метод 2
res = twoSumHashTable(nums, target);
cout << "Результат метода 2 res = ";
printVector(res);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,6 @@
add_executable(selection_sort selection_sort.cpp)
add_executable(bubble_sort bubble_sort.cpp)
add_executable(insertion_sort insertion_sort.cpp)
add_executable(merge_sort merge_sort.cpp)
add_executable(quick_sort quick_sort.cpp)
add_executable(heap_sort heap_sort.cpp)
@@ -0,0 +1,56 @@
/**
* File: bubble_sort.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Пузырьковая сортировка */
void bubbleSort(vector<int> &nums) {
// Внешний цикл: неотсортированный диапазон [0, i]
for (int i = nums.size() - 1; i > 0; i--) {
// Внутренний цикл: переместить максимальный элемент неотсортированного диапазона [0, i] в его правый конец
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
// Поменять местами nums[j] и nums[j + 1]
// Здесь используется функция std::swap()
swap(nums[j], nums[j + 1]);
}
}
}
}
/* Пузырьковая сортировка (оптимизация флагом) */
void bubbleSortWithFlag(vector<int> &nums) {
// Внешний цикл: неотсортированный диапазон [0, i]
for (int i = nums.size() - 1; i > 0; i--) {
bool flag = false; // Инициализировать флаг
// Внутренний цикл: переместить максимальный элемент неотсортированного диапазона [0, i] в его правый конец
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (nums[j] > nums[j + 1]) {
// Поменять местами nums[j] и nums[j + 1]
// Здесь используется функция std::swap()
swap(nums[j], nums[j + 1]);
flag = true; // Записать обмен элементов
}
}
if (!flag)
break; // На этой итерации «всплытия» не было ни одного обмена, сразу выйти
}
}
/* Driver Code */
int main() {
vector<int> nums = {4, 1, 3, 1, 5, 2};
bubbleSort(nums);
cout << "После пузырьковой сортировки nums = ";
printVector(nums);
vector<int> nums1 = {4, 1, 3, 1, 5, 2};
bubbleSortWithFlag(nums1);
cout << "После пузырьковой сортировки nums1 = ";
printVector(nums1);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,44 @@
/**
* File: bucket_sort.cpp
* Created Time: 2023-03-30
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Сортировка корзинами */
void bucketSort(vector<float> &nums) {
// Инициализировать k = n/2 корзин, предполагая распределение 2 элементов в каждую корзину
int k = nums.size() / 2;
vector<vector<float>> buckets(k);
// 1. Распределить элементы массива по корзинам
for (float num : nums) {
// Входные данные лежат в диапазоне [0, 1); использовать num * k для отображения в диапазон индексов [0, k-1]
int i = num * k;
// Добавить num в корзину bucket_idx
buckets[i].push_back(num);
}
// 2. Выполнить сортировку внутри каждой корзины
for (vector<float> &bucket : buckets) {
// Использовать встроенную функцию сортировки; ее также можно заменить другим алгоритмом сортировки
sort(bucket.begin(), bucket.end());
}
// 3. Обойти корзины и объединить результаты
int i = 0;
for (vector<float> &bucket : buckets) {
for (float num : bucket) {
nums[i++] = num;
}
}
}
/* Driver Code */
int main() {
// Пусть входные данные — числа с плавающей точкой из диапазона [0, 1)
vector<float> nums = {0.49f, 0.96f, 0.82f, 0.09f, 0.57f, 0.43f, 0.91f, 0.75f, 0.15f, 0.37f};
bucketSort(nums);
cout << "После сортировки корзинами nums = ";
printVector(nums);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,77 @@
/**
* File: counting_sort.cpp
* Created Time: 2023-03-17
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Сортировка подсчетом */
// Простая реализация, не подходит для сортировки объектов
void countingSortNaive(vector<int> &nums) {
// 1. Найти максимальный элемент массива m
int m = 0;
for (int num : nums) {
m = max(m, num);
}
// 2. Подсчитать число появлений каждой цифры
// counter[num] обозначает число появлений num
vector<int> counter(m + 1, 0);
for (int num : nums) {
counter[num]++;
}
// 3. Обойти counter и заполнить исходный массив nums элементами
int i = 0;
for (int num = 0; num < m + 1; num++) {
for (int j = 0; j < counter[num]; j++, i++) {
nums[i] = num;
}
}
}
/* Сортировка подсчетом */
// Полная реализация, позволяет сортировать объекты и является стабильной сортировкой
void countingSort(vector<int> &nums) {
// 1. Найти максимальный элемент массива m
int m = 0;
for (int num : nums) {
m = max(m, num);
}
// 2. Подсчитать число появлений каждой цифры
// counter[num] обозначает число появлений num
vector<int> counter(m + 1, 0);
for (int num : nums) {
counter[num]++;
}
// 3. Вычислить префиксные суммы counter и преобразовать «число появлений» в «конечный индекс»
// То есть counter[num]-1 — это индекс последнего появления num в res
for (int i = 0; i < m; i++) {
counter[i + 1] += counter[i];
}
// 4. Обойти nums в обратном порядке и поместить элементы в результирующий массив res
// Инициализировать массив res для хранения результата
int n = nums.size();
vector<int> res(n);
for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {
int num = nums[i];
res[counter[num] - 1] = num; // Поместить num по соответствующему индексу
counter[num]--; // Уменьшить префиксную сумму на 1, чтобы получить индекс следующего размещения num
}
// Перезаписать исходный массив nums массивом результата res
nums = res;
}
/* Driver Code */
int main() {
vector<int> nums = {1, 0, 1, 2, 0, 4, 0, 2, 2, 4};
countingSortNaive(nums);
cout << "После сортировки подсчетом (объекты не поддерживаются) nums = ";
printVector(nums);
vector<int> nums1 = {1, 0, 1, 2, 0, 4, 0, 2, 2, 4};
countingSort(nums1);
cout << "После сортировки подсчетом nums1 = ";
printVector(nums1);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,54 @@
/**
* File: heap_sort.cpp
* Created Time: 2023-05-26
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Длина кучи равна n; начиная с узла i, выполнить просеивание сверху вниз */
void siftDown(vector<int> &nums, int n, int i) {
while (true) {
// Определить узел с максимальным значением среди i, l и r и обозначить его как ma
int l = 2 * i + 1;
int r = 2 * i + 2;
int ma = i;
if (l < n && nums[l] > nums[ma])
ma = l;
if (r < n && nums[r] > nums[ma])
ma = r;
// Если узел i уже максимален или индексы l и r вне границ, дальнейшее просеивание не требуется, выйти
if (ma == i) {
break;
}
// Поменять два узла местами
swap(nums[i], nums[ma]);
// Циклическое просеивание вниз
i = ma;
}
}
/* Сортировка кучей */
void heapSort(vector<int> &nums) {
// Построение кучи: выполнить heapify для всех узлов, кроме листовых
for (int i = nums.size() / 2 - 1; i >= 0; --i) {
siftDown(nums, nums.size(), i);
}
// Извлекать максимальный элемент из кучи в течение n-1 итераций
for (int i = nums.size() - 1; i > 0; --i) {
// Поменять корневой узел с самым правым листом местами (поменять первый и последний элементы)
swap(nums[0], nums[i]);
// Начиная с корневого узла, выполнить просеивание сверху вниз
siftDown(nums, i, 0);
}
}
/* Driver Code */
int main() {
vector<int> nums = {4, 1, 3, 1, 5, 2};
heapSort(nums);
cout << "После сортировки кучей nums = ";
printVector(nums);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,31 @@
/**
* File: insertion_sort.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Сортировка вставками */
void insertionSort(vector<int> &nums) {
// Внешний цикл: отсортированный диапазон [0, i-1]
for (int i = 1; i < nums.size(); i++) {
int base = nums[i], j = i - 1;
// Внутренний цикл: вставить base в правильную позицию отсортированного диапазона [0, i-1]
while (j >= 0 && nums[j] > base) {
nums[j + 1] = nums[j]; // Сдвинуть nums[j] на одну позицию вправо
j--;
}
nums[j + 1] = base; // Поместить base в правильную позицию
}
}
/* Driver Code */
int main() {
vector<int> nums = {4, 1, 3, 1, 5, 2};
insertionSort(nums);
cout << "После сортировки вставками nums = ";
printVector(nums);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,58 @@
/**
* File: merge_sort.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Объединить левый и правый подмассивы */
void merge(vector<int> &nums, int left, int mid, int right) {
// Диапазон левого подмассива: [left, mid], диапазон правого подмассива: [mid+1, right]
// Создать временный массив tmp для хранения результата слияния
vector<int> tmp(right - left + 1);
// Инициализировать начальные индексы левого и правого подмассивов
int i = left, j = mid + 1, k = 0;
// Пока в левом и правом подмассивах еще есть элементы, сравнивать их и копировать меньший во временный массив
while (i <= mid && j <= right) {
if (nums[i] <= nums[j])
tmp[k++] = nums[i++];
else
tmp[k++] = nums[j++];
}
// Скопировать оставшиеся элементы левого и правого подмассивов во временный массив
while (i <= mid) {
tmp[k++] = nums[i++];
}
while (j <= right) {
tmp[k++] = nums[j++];
}
// Скопировать элементы временного массива tmp обратно в соответствующий диапазон исходного массива nums
for (k = 0; k < tmp.size(); k++) {
nums[left + k] = tmp[k];
}
}
/* Сортировка слиянием */
void mergeSort(vector<int> &nums, int left, int right) {
// Условие завершения
if (left >= right)
return; // Завершить рекурсию, когда длина подмассива равна 1
// Этап разбиения
int mid = left + (right - left) / 2; // Вычислить середину
mergeSort(nums, left, mid); // Рекурсивно обработать левый подмассив
mergeSort(nums, mid + 1, right); // Рекурсивно обработать правый подмассив
// Этап слияния
merge(nums, left, mid, right);
}
/* Driver Code */
int main() {
/* Сортировка слиянием */
vector<int> nums = {7, 3, 2, 6, 0, 1, 5, 4};
mergeSort(nums, 0, nums.size() - 1);
cout << "После сортировки слиянием nums = ";
printVector(nums);
return 0;
}
+145
View File
@@ -0,0 +1,145 @@
/**
* File: quick_sort.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Класс быстрой сортировки */
class QuickSort {
private:
/* Разбиение с опорными указателями */
static int partition(vector<int> &nums, int left, int right) {
// Взять nums[left] в качестве опорного элемента
int i = left, j = right;
while (i < j) {
while (i < j && nums[j] >= nums[left])
j--; // Идти справа налево в поисках первого элемента меньше опорного
while (i < j && nums[i] <= nums[left])
i++; // Идти слева направо в поисках первого элемента больше опорного
swap(nums[i], nums[j]); // Поменять эти два элемента местами
}
swap(nums[i], nums[left]); // Переместить опорный элемент на границу двух подмассивов
return i; // Вернуть индекс опорного элемента
}
public:
/* Быстрая сортировка */
static void quickSort(vector<int> &nums, int left, int right) {
// Завершить рекурсию, когда длина подмассива равна 1
if (left >= right)
return;
// Разбиение с опорными указателями
int pivot = partition(nums, left, right);
// Рекурсивно обработать левый и правый подмассивы
quickSort(nums, left, pivot - 1);
quickSort(nums, pivot + 1, right);
}
};
/* Класс быстрой сортировки (оптимизация медианным опорным элементом) */
class QuickSortMedian {
private:
/* Выбрать медиану из трех кандидатов */
static int medianThree(vector<int> &nums, int left, int mid, int right) {
int l = nums[left], m = nums[mid], r = nums[right];
if ((l <= m && m <= r) || (r <= m && m <= l))
return mid; // m находится между l и r
if ((m <= l && l <= r) || (r <= l && l <= m))
return left; // l находится между m и r
return right;
}
/* Разбиение с опорными указателями (медиана трех) */
static int partition(vector<int> &nums, int left, int right) {
// Выбрать медиану из трех кандидатов
int med = medianThree(nums, left, (left + right) / 2, right);
// Переместить медиану в крайний левый элемент массива
swap(nums[left], nums[med]);
// Взять nums[left] в качестве опорного элемента
int i = left, j = right;
while (i < j) {
while (i < j && nums[j] >= nums[left])
j--; // Идти справа налево в поисках первого элемента меньше опорного
while (i < j && nums[i] <= nums[left])
i++; // Идти слева направо в поисках первого элемента больше опорного
swap(nums[i], nums[j]); // Поменять эти два элемента местами
}
swap(nums[i], nums[left]); // Переместить опорный элемент на границу двух подмассивов
return i; // Вернуть индекс опорного элемента
}
public:
/* Быстрая сортировка */
static void quickSort(vector<int> &nums, int left, int right) {
// Завершить рекурсию, когда длина подмассива равна 1
if (left >= right)
return;
// Разбиение с опорными указателями
int pivot = partition(nums, left, right);
// Рекурсивно обработать левый и правый подмассивы
quickSort(nums, left, pivot - 1);
quickSort(nums, pivot + 1, right);
}
};
/* Класс быстрой сортировки (оптимизация глубины рекурсии) */
class QuickSortTailCall {
private:
/* Разбиение с опорными указателями */
static int partition(vector<int> &nums, int left, int right) {
// Взять nums[left] в качестве опорного элемента
int i = left, j = right;
while (i < j) {
while (i < j && nums[j] >= nums[left])
j--; // Идти справа налево в поисках первого элемента меньше опорного
while (i < j && nums[i] <= nums[left])
i++; // Идти слева направо в поисках первого элемента больше опорного
swap(nums[i], nums[j]); // Поменять эти два элемента местами
}
swap(nums[i], nums[left]); // Переместить опорный элемент на границу двух подмассивов
return i; // Вернуть индекс опорного элемента
}
public:
/* Быстрая сортировка (оптимизация глубины рекурсии) */
static void quickSort(vector<int> &nums, int left, int right) {
// Завершить, когда длина подмассива равна 1
while (left < right) {
// Операция разбиения с опорными указателями
int pivot = partition(nums, left, right);
// Выполнить быструю сортировку для более короткого из двух подмассивов
if (pivot - left < right - pivot) {
quickSort(nums, left, pivot - 1); // Рекурсивно отсортировать левый подмассив
left = pivot + 1; // Оставшийся неотсортированный диапазон: [pivot + 1, right]
} else {
quickSort(nums, pivot + 1, right); // Рекурсивно отсортировать правый подмассив
right = pivot - 1; // Оставшийся неотсортированный диапазон: [left, pivot - 1]
}
}
}
};
/* Driver Code */
int main() {
/* Быстрая сортировка */
vector<int> nums{2, 4, 1, 0, 3, 5};
QuickSort::quickSort(nums, 0, nums.size() - 1);
cout << "После быстрой сортировки nums = ";
printVector(nums);
/* Быстрая сортировка (оптимизация медианным опорным элементом) */
vector<int> nums1 = {2, 4, 1, 0, 3, 5};
QuickSortMedian::quickSort(nums1, 0, nums1.size() - 1);
cout << "После быстрой сортировки (оптимизация медианным опорным элементом) nums = ";
printVector(nums1);
/* Быстрая сортировка (оптимизация глубины рекурсии) */
vector<int> nums2 = {2, 4, 1, 0, 3, 5};
QuickSortTailCall::quickSort(nums2, 0, nums2.size() - 1);
cout << "После быстрой сортировки (оптимизация глубины рекурсии) nums = ";
printVector(nums2);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,65 @@
/**
* File: radix_sort.cpp
* Created Time: 2023-03-26
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Получить k-й разряд элемента num, где exp = 10^(k-1) */
int digit(int num, int exp) {
// Передача exp вместо k позволяет избежать повторного дорогостоящего вычисления степени
return (num / exp) % 10;
}
/* Сортировка подсчетом (сортировка по k-му разряду nums) */
void countingSortDigit(vector<int> &nums, int exp) {
// Разряды десятичной системы лежат в диапазоне 0~9, поэтому нужен массив корзин длины 10
vector<int> counter(10, 0);
int n = nums.size();
// Подсчитать число появлений каждой цифры от 0 до 9
for (int i = 0; i < n; i++) {
int d = digit(nums[i], exp); // Получить k-й разряд nums[i], обозначив его как d
counter[d]++; // Подсчитать число появлений цифры d
}
// Вычислить префиксные суммы и преобразовать «число появлений» в «индекс массива»
for (int i = 1; i < 10; i++) {
counter[i] += counter[i - 1];
}
// Выполняя обратный проход, заполнить res элементами по статистике в корзинах
vector<int> res(n, 0);
for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {
int d = digit(nums[i], exp);
int j = counter[d] - 1; // Получить индекс j цифры d в массиве
res[j] = nums[i]; // Поместить текущий элемент по индексу j
counter[d]--; // Уменьшить количество d на 1
}
// Перезаписать исходный массив nums результатом
for (int i = 0; i < n; i++)
nums[i] = res[i];
}
/* Поразрядная сортировка */
void radixSort(vector<int> &nums) {
// Получить максимальный элемент массива, чтобы определить максимальное число разрядов
int m = *max_element(nums.begin(), nums.end());
// Проходить разряды от младшего к старшему
for (int exp = 1; exp <= m; exp *= 10)
// Выполнить сортировку подсчетом по k-му разряду элементов массива
// k = 1 -> exp = 1
// k = 2 -> exp = 10
// то есть exp = 10^(k-1)
countingSortDigit(nums, exp);
}
/* Driver Code */
int main() {
// Поразрядная сортировка
vector<int> nums = {10546151, 35663510, 42865989, 34862445, 81883077,
88906420, 72429244, 30524779, 82060337, 63832996};
radixSort(nums);
cout << "После поразрядной сортировки nums = ";
printVector(nums);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,34 @@
/**
* File: selection_sort.cpp
* Created Time: 2023-05-23
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Сортировка выбором */
void selectionSort(vector<int> &nums) {
int n = nums.size();
// Внешний цикл: неотсортированный диапазон [i, n-1]
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
// Внутренний цикл: найти минимальный элемент в неотсортированном диапазоне
int k = i;
for (int j = i + 1; j < n; j++) {
if (nums[j] < nums[k])
k = j; // Записать индекс минимального элемента
}
// Поменять этот минимальный элемент местами с первым элементом неотсортированного диапазона
swap(nums[i], nums[k]);
}
}
/* Driver Code */
int main() {
vector<int> nums = {4, 1, 3, 1, 5, 2};
selectionSort(nums);
cout << "После сортировки выбором nums = ";
printVector(nums);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,9 @@
add_executable(array_deque array_deque.cpp)
add_executable(array_queue array_queue.cpp)
add_executable(array_stack array_stack.cpp)
add_executable(deque deque.cpp)
add_executable(linkedlist_deque linkedlist_deque.cpp)
add_executable(linkedlist_queue linkedlist_queue.cpp)
add_executable(linkedlist_stack linkedlist_stack.cpp)
add_executable(queue queue.cpp)
add_executable(stack stack.cpp)
@@ -0,0 +1,156 @@
/**
* File: array_deque.cpp
* Created Time: 2023-03-02
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Двусторонняя очередь на основе кольцевого массива */
class ArrayDeque {
private:
vector<int> nums; // Массив для хранения элементов двусторонней очереди
int front; // Указатель head, указывающий на первый элемент очереди
int queSize; // Длина двусторонней очереди
public:
/* Конструктор */
ArrayDeque(int capacity) {
nums.resize(capacity);
front = queSize = 0;
}
/* Получить вместимость двусторонней очереди */
int capacity() {
return nums.size();
}
/* Получение длины двусторонней очереди */
int size() {
return queSize;
}
/* Проверка, пуста ли двусторонняя очередь */
bool isEmpty() {
return queSize == 0;
}
/* Вычислить индекс в кольцевом массиве */
int index(int i) {
// С помощью операции взятия по модулю соединить начало и конец массива
// Когда i выходит за конец массива, он возвращается в начало
// Когда i выходит за начало массива, он возвращается в конец
return (i + capacity()) % capacity();
}
/* Добавление в голову очереди */
void pushFirst(int num) {
if (queSize == capacity()) {
cout << "Двусторонняя очередь заполнена" << endl;
return;
}
// Указатель головы сдвигается на одну позицию влево
// С помощью операции взятия по модулю front после выхода за начало массива возвращается в хвост
front = index(front - 1);
// Добавить num в голову очереди
nums[front] = num;
queSize++;
}
/* Добавление в хвост очереди */
void pushLast(int num) {
if (queSize == capacity()) {
cout << "Двусторонняя очередь заполнена" << endl;
return;
}
// Вычислить указатель хвоста, указывающий на индекс хвоста + 1
int rear = index(front + queSize);
// Добавить num в хвост очереди
nums[rear] = num;
queSize++;
}
/* Извлечение из головы очереди */
int popFirst() {
int num = peekFirst();
// Указатель головы сдвигается на одну позицию назад
front = index(front + 1);
queSize--;
return num;
}
/* Извлечение из хвоста очереди */
int popLast() {
int num = peekLast();
queSize--;
return num;
}
/* Доступ к элементу в начале очереди */
int peekFirst() {
if (isEmpty())
throw out_of_range("двусторонняя очередь пуста");
return nums[front];
}
/* Доступ к элементу в конце очереди */
int peekLast() {
if (isEmpty())
throw out_of_range("двусторонняя очередь пуста");
// Вычислить индекс хвостового элемента
int last = index(front + queSize - 1);
return nums[last];
}
/* Вернуть массив для вывода */
vector<int> toVector() {
// Преобразовывать только элементы списка в пределах фактической длины
vector<int> res(queSize);
for (int i = 0, j = front; i < queSize; i++, j++) {
res[i] = nums[index(j)];
}
return res;
}
};
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация двусторонней очереди */
ArrayDeque *deque = new ArrayDeque(10);
deque->pushLast(3);
deque->pushLast(2);
deque->pushLast(5);
cout << "Двусторонняя очередь deque = ";
printVector(deque->toVector());
/* Доступ к элементу */
int peekFirst = deque->peekFirst();
cout << "Первый элемент peekFirst = " << peekFirst << endl;
int peekLast = deque->peekLast();
cout << "Последний элемент peekLast = " << peekLast << endl;
/* Добавление элемента в очередь */
deque->pushLast(4);
cout << "После добавления элемента 4 в хвост deque = ";
printVector(deque->toVector());
deque->pushFirst(1);
cout << "После добавления элемента 1 в голову deque = ";
printVector(deque->toVector());
/* Извлечение элемента из очереди */
int popLast = deque->popLast();
cout << "Извлеченный из хвоста элемент = " << popLast << ", deque после извлечения из хвоста = ";
printVector(deque->toVector());
int popFirst = deque->popFirst();
cout << "Извлеченный из головы элемент = " << popFirst << ", deque после извлечения из головы = ";
printVector(deque->toVector());
/* Получение длины двусторонней очереди */
int size = deque->size();
cout << "Длина двусторонней очереди size = " << size << endl;
/* Проверка, пуста ли двусторонняя очередь */
bool isEmpty = deque->isEmpty();
cout << "Пуста ли двусторонняя очередь = " << boolalpha << isEmpty << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,129 @@
/**
* File: array_queue.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Очередь на основе кольцевого массива */
class ArrayQueue {
private:
int *nums; // Массив для хранения элементов очереди
int front; // Указатель head, указывающий на первый элемент очереди
int queSize; // Длина очереди
int queCapacity; // Вместимость очереди
public:
ArrayQueue(int capacity) {
// Инициализация массива
nums = new int[capacity];
queCapacity = capacity;
front = queSize = 0;
}
~ArrayQueue() {
delete[] nums;
}
/* Получить вместимость очереди */
int capacity() {
return queCapacity;
}
/* Получение длины очереди */
int size() {
return queSize;
}
/* Проверка, пуста ли очередь */
bool isEmpty() {
return size() == 0;
}
/* Поместить в очередь */
void push(int num) {
if (queSize == queCapacity) {
cout << "Очередь заполнена" << endl;
return;
}
// Вычислить указатель хвоста, указывающий на индекс хвоста + 1
// С помощью операции взятия по модулю вернуть rear к началу после выхода за конец массива
int rear = (front + queSize) % queCapacity;
// Добавить num в хвост очереди
nums[rear] = num;
queSize++;
}
/* Извлечь из очереди */
int pop() {
int num = peek();
// Указатель head сдвигается на одну позицию назад; если он выходит за конец, то возвращается в начало массива
front = (front + 1) % queCapacity;
queSize--;
return num;
}
/* Доступ к элементу в начале очереди */
int peek() {
if (isEmpty())
throw out_of_range("очередь пуста");
return nums[front];
}
/* Преобразовать массив в Vector и вернуть */
vector<int> toVector() {
// Преобразовывать только элементы списка в пределах фактической длины
vector<int> arr(queSize);
for (int i = 0, j = front; i < queSize; i++, j++) {
arr[i] = nums[j % queCapacity];
}
return arr;
}
};
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация очереди */
int capacity = 10;
ArrayQueue *queue = new ArrayQueue(capacity);
/* Добавление элемента в очередь */
queue->push(1);
queue->push(3);
queue->push(2);
queue->push(5);
queue->push(4);
cout << "Очередь queue = ";
printVector(queue->toVector());
/* Доступ к элементу в начале очереди */
int peek = queue->peek();
cout << "Первый элемент peek = " << peek << endl;
/* Извлечение элемента из очереди */
peek = queue->pop();
cout << "Извлеченный элемент pop = " << peek << ", queue после извлечения = ";
printVector(queue->toVector());
/* Получение длины очереди */
int size = queue->size();
cout << "Длина очереди size = " << size << endl;
/* Проверка, пуста ли очередь */
bool empty = queue->isEmpty();
cout << "Пуста ли очередь = " << empty << endl;
/* Проверка кольцевого массива */
for (int i = 0; i < 10; i++) {
queue->push(i);
queue->pop();
cout << "После " << i << "-го раунда операций enqueue и dequeue queue = ";
printVector(queue->toVector());
}
// Освободить память
delete queue;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,85 @@
/**
* File: array_stack.cpp
* Created Time: 2022-11-28
* Author: qualifier1024 (2539244001@qq.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Стек на основе массива */
class ArrayStack {
private:
vector<int> stack;
public:
/* Получение длины стека */
int size() {
return stack.size();
}
/* Проверка, пуст ли стек */
bool isEmpty() {
return stack.size() == 0;
}
/* Поместить в стек */
void push(int num) {
stack.push_back(num);
}
/* Извлечь из стека */
int pop() {
int num = top();
stack.pop_back();
return num;
}
/* Доступ к верхнему элементу стека */
int top() {
if (isEmpty())
throw out_of_range("стек пуст");
return stack.back();
}
/* Вернуть Vector */
vector<int> toVector() {
return stack;
}
};
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация стека */
ArrayStack *stack = new ArrayStack();
/* Помещение элемента в стек */
stack->push(1);
stack->push(3);
stack->push(2);
stack->push(5);
stack->push(4);
cout << "Стек stack = ";
printVector(stack->toVector());
/* Доступ к верхнему элементу стека */
int top = stack->top();
cout << "Верхний элемент top = " << top << endl;
/* Извлечение элемента из стека */
top = stack->pop();
cout << "Извлеченный элемент pop = " << top << ", stack после извлечения = ";
printVector(stack->toVector());
/* Получение длины стека */
int size = stack->size();
cout << "Длина стека size = " << size << endl;
/* Проверка на пустоту */
bool empty = stack->isEmpty();
cout << "Пуст ли стек = " << empty << endl;
// Освободить память
delete stack;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,46 @@
/**
* File: deque.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация двусторонней очереди */
deque<int> deque;
/* Добавление элемента в очередь */
deque.push_back(2);
deque.push_back(5);
deque.push_back(4);
deque.push_front(3);
deque.push_front(1);
cout << "Двусторонняя очередь deque = ";
printDeque(deque);
/* Доступ к элементу */
int front = deque.front();
cout << "Первый элемент front = " << front << endl;
int back = deque.back();
cout << "Последний элемент back = " << back << endl;
/* Извлечение элемента из очереди */
deque.pop_front();
cout << "Извлеченный из головы элемент popFront = " << front << ", deque после извлечения из головы = ";
printDeque(deque);
deque.pop_back();
cout << "Извлеченный из хвоста элемент popLast = " << back << ", deque после извлечения из хвоста = ";
printDeque(deque);
/* Получение длины двусторонней очереди */
int size = deque.size();
cout << "Длина двусторонней очереди size = " << size << endl;
/* Проверка, пуста ли двусторонняя очередь */
bool empty = deque.empty();
cout << "Пуста ли двусторонняя очередь = " << empty << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,194 @@
/**
* File: linkedlist_deque.cpp
* Created Time: 2023-03-02
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Узел двусвязного списка */
struct DoublyListNode {
int val; // Значение узла
DoublyListNode *next; // Указатель на узел-преемник
DoublyListNode *prev; // Указатель на узел-предшественник
DoublyListNode(int val) : val(val), prev(nullptr), next(nullptr) {
}
};
/* Двусторонняя очередь на основе двусвязного списка */
class LinkedListDeque {
private:
DoublyListNode *front, *rear; // Головной узел front, хвостовой узел rear
int queSize = 0; // Длина двусторонней очереди
public:
/* Конструктор */
LinkedListDeque() : front(nullptr), rear(nullptr) {
}
/* Метод-деструктор */
~LinkedListDeque() {
// Обходить связный список, удалять узлы и освобождать память
DoublyListNode *pre, *cur = front;
while (cur != nullptr) {
pre = cur;
cur = cur->next;
delete pre;
}
}
/* Получение длины двусторонней очереди */
int size() {
return queSize;
}
/* Проверка, пуста ли двусторонняя очередь */
bool isEmpty() {
return size() == 0;
}
/* Операция добавления в очередь */
void push(int num, bool isFront) {
DoublyListNode *node = new DoublyListNode(num);
// Если связный список пуст, сделать так, чтобы и front, и rear указывали на node
if (isEmpty())
front = rear = node;
// Операция добавления в голову очереди
else if (isFront) {
// Добавить node в голову списка
front->prev = node;
node->next = front;
front = node; // Обновить головной узел
// Операция добавления в хвост очереди
} else {
// Добавить node в хвост списка
rear->next = node;
node->prev = rear;
rear = node; // Обновить хвостовой узел
}
queSize++; // Обновить длину очереди
}
/* Добавление в голову очереди */
void pushFirst(int num) {
push(num, true);
}
/* Добавление в хвост очереди */
void pushLast(int num) {
push(num, false);
}
/* Операция извлечения из очереди */
int pop(bool isFront) {
if (isEmpty())
throw out_of_range("очередь пуста");
int val;
// Операция извлечения из головы очереди
if (isFront) {
val = front->val; // Временно сохранить значение головного узла
// Удалить головной узел
DoublyListNode *fNext = front->next;
if (fNext != nullptr) {
fNext->prev = nullptr;
front->next = nullptr;
}
delete front;
front = fNext; // Обновить головной узел
// Операция извлечения из хвоста очереди
} else {
val = rear->val; // Временно сохранить значение хвостового узла
// Удалить хвостовой узел
DoublyListNode *rPrev = rear->prev;
if (rPrev != nullptr) {
rPrev->next = nullptr;
rear->prev = nullptr;
}
delete rear;
rear = rPrev; // Обновить хвостовой узел
}
queSize--; // Обновить длину очереди
return val;
}
/* Извлечение из головы очереди */
int popFirst() {
return pop(true);
}
/* Извлечение из хвоста очереди */
int popLast() {
return pop(false);
}
/* Доступ к элементу в начале очереди */
int peekFirst() {
if (isEmpty())
throw out_of_range("двусторонняя очередь пуста");
return front->val;
}
/* Доступ к элементу в конце очереди */
int peekLast() {
if (isEmpty())
throw out_of_range("двусторонняя очередь пуста");
return rear->val;
}
/* Вернуть массив для вывода */
vector<int> toVector() {
DoublyListNode *node = front;
vector<int> res(size());
for (int i = 0; i < res.size(); i++) {
res[i] = node->val;
node = node->next;
}
return res;
}
};
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация двусторонней очереди */
LinkedListDeque *deque = new LinkedListDeque();
deque->pushLast(3);
deque->pushLast(2);
deque->pushLast(5);
cout << "Двусторонняя очередь deque = ";
printVector(deque->toVector());
/* Доступ к элементу */
int peekFirst = deque->peekFirst();
cout << "Первый элемент peekFirst = " << peekFirst << endl;
int peekLast = deque->peekLast();
cout << "Последний элемент peekLast = " << peekLast << endl;
/* Добавление элемента в очередь */
deque->pushLast(4);
cout << "После добавления элемента 4 в хвост deque =";
printVector(deque->toVector());
deque->pushFirst(1);
cout << "После добавления элемента 1 в голову deque = ";
printVector(deque->toVector());
/* Извлечение элемента из очереди */
int popLast = deque->popLast();
cout << "Извлеченный из хвоста элемент = " << popLast << ", deque после извлечения из хвоста = ";
printVector(deque->toVector());
int popFirst = deque->popFirst();
cout << "Извлеченный из головы элемент = " << popFirst << ", deque после извлечения из головы = ";
printVector(deque->toVector());
/* Получение длины двусторонней очереди */
int size = deque->size();
cout << "Длина двусторонней очереди size = " << size << endl;
/* Проверка, пуста ли двусторонняя очередь */
bool isEmpty = deque->isEmpty();
cout << "Пуста ли двусторонняя очередь = " << boolalpha << isEmpty << endl;
// Освободить память
delete deque;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,120 @@
/**
* File: linkedlist_queue.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Очередь на основе связного списка */
class LinkedListQueue {
private:
ListNode *front, *rear; // Головной узел front, хвостовой узел rear
int queSize;
public:
LinkedListQueue() {
front = nullptr;
rear = nullptr;
queSize = 0;
}
~LinkedListQueue() {
// Обходить связный список, удалять узлы и освобождать память
freeMemoryLinkedList(front);
}
/* Получение длины очереди */
int size() {
return queSize;
}
/* Проверка, пуста ли очередь */
bool isEmpty() {
return queSize == 0;
}
/* Поместить в очередь */
void push(int num) {
// Добавить num после хвостового узла
ListNode *node = new ListNode(num);
// Если очередь пуста, сделать так, чтобы и head, и tail указывали на этот узел
if (front == nullptr) {
front = node;
rear = node;
}
// Если очередь не пуста, добавить этот узел после хвостового узла
else {
rear->next = node;
rear = node;
}
queSize++;
}
/* Извлечь из очереди */
int pop() {
int num = peek();
// Удалить головной узел
ListNode *tmp = front;
front = front->next;
// Освободить память
delete tmp;
queSize--;
return num;
}
/* Доступ к элементу в начале очереди */
int peek() {
if (size() == 0)
throw out_of_range("очередь пуста");
return front->val;
}
/* Преобразовать связный список в Vector и вернуть */
vector<int> toVector() {
ListNode *node = front;
vector<int> res(size());
for (int i = 0; i < res.size(); i++) {
res[i] = node->val;
node = node->next;
}
return res;
}
};
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация очереди */
LinkedListQueue *queue = new LinkedListQueue();
/* Добавление элемента в очередь */
queue->push(1);
queue->push(3);
queue->push(2);
queue->push(5);
queue->push(4);
cout << "Очередь queue = ";
printVector(queue->toVector());
/* Доступ к элементу в начале очереди */
int peek = queue->peek();
cout << "Первый элемент peek = " << peek << endl;
/* Извлечение элемента из очереди */
peek = queue->pop();
cout << "Извлеченный элемент pop = " << peek << ", queue после извлечения = ";
printVector(queue->toVector());
/* Получение длины очереди */
int size = queue->size();
cout << "Длина очереди size = " << size << endl;
/* Проверка, пуста ли очередь */
bool empty = queue->isEmpty();
cout << "Пуста ли очередь = " << empty << endl;
// Освободить память
delete queue;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,109 @@
/**
* File: linkedlist_stack.cpp
* Created Time: 2022-11-28
* Author: qualifier1024 (2539244001@qq.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Стек на основе связного списка */
class LinkedListStack {
private:
ListNode *stackTop; // Использовать головной узел как вершину стека
int stkSize; // Длина стека
public:
LinkedListStack() {
stackTop = nullptr;
stkSize = 0;
}
~LinkedListStack() {
// Обходить связный список, удалять узлы и освобождать память
freeMemoryLinkedList(stackTop);
}
/* Получение длины стека */
int size() {
return stkSize;
}
/* Проверка, пуст ли стек */
bool isEmpty() {
return size() == 0;
}
/* Поместить в стек */
void push(int num) {
ListNode *node = new ListNode(num);
node->next = stackTop;
stackTop = node;
stkSize++;
}
/* Извлечь из стека */
int pop() {
int num = top();
ListNode *tmp = stackTop;
stackTop = stackTop->next;
// Освободить память
delete tmp;
stkSize--;
return num;
}
/* Доступ к верхнему элементу стека */
int top() {
if (isEmpty())
throw out_of_range("стек пуст");
return stackTop->val;
}
/* Преобразовать List в Array и вернуть */
vector<int> toVector() {
ListNode *node = stackTop;
vector<int> res(size());
for (int i = res.size() - 1; i >= 0; i--) {
res[i] = node->val;
node = node->next;
}
return res;
}
};
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация стека */
LinkedListStack *stack = new LinkedListStack();
/* Помещение элемента в стек */
stack->push(1);
stack->push(3);
stack->push(2);
stack->push(5);
stack->push(4);
cout << "Стек stack = ";
printVector(stack->toVector());
/* Доступ к верхнему элементу стека */
int top = stack->top();
cout << "Верхний элемент top = " << top << endl;
/* Извлечение элемента из стека */
top = stack->pop();
cout << "Извлеченный элемент pop = " << top << ", stack после извлечения = ";
printVector(stack->toVector());
/* Получение длины стека */
int size = stack->size();
cout << "Длина стека size = " << size << endl;
/* Проверка на пустоту */
bool empty = stack->isEmpty();
cout << "Пуст ли стек = " << empty << endl;
// Освободить память
delete stack;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,41 @@
/**
* File: queue.cpp
* Created Time: 2022-11-28
* Author: qualifier1024 (2539244001@qq.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация очереди */
queue<int> queue;
/* Добавление элемента в очередь */
queue.push(1);
queue.push(3);
queue.push(2);
queue.push(5);
queue.push(4);
cout << "Очередь queue = ";
printQueue(queue);
/* Доступ к элементу в начале очереди */
int front = queue.front();
cout << "Первый элемент front = " << front << endl;
/* Извлечение элемента из очереди */
queue.pop();
cout << "Извлеченный элемент front = " << front << ", queue после извлечения = ";
printQueue(queue);
/* Получение длины очереди */
int size = queue.size();
cout << "Длина очереди size = " << size << endl;
/* Проверка, пуста ли очередь */
bool empty = queue.empty();
cout << "Пуста ли очередь = " << empty << endl;
return 0;
}
@@ -0,0 +1,41 @@
/**
* File: stack.cpp
* Created Time: 2022-11-28
* Author: qualifier1024 (2539244001@qq.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация стека */
stack<int> stack;
/* Помещение элемента в стек */
stack.push(1);
stack.push(3);
stack.push(2);
stack.push(5);
stack.push(4);
cout << "Стек stack = ";
printStack(stack);
/* Доступ к верхнему элементу стека */
int top = stack.top();
cout << "Верхний элемент top = " << top << endl;
/* Извлечение элемента из стека */
stack.pop(); // Без возвращаемого значения
cout << "Извлеченный элемент pop = " << top << ", stack после извлечения = ";
printStack(stack);
/* Получение длины стека */
int size = stack.size();
cout << "Длина стека size = " << size << endl;
/* Проверка на пустоту */
bool empty = stack.empty();
cout << "Пуст ли стек = " << empty << endl;
return 0;
}
+6
View File
@@ -0,0 +1,6 @@
add_executable(avl_tree avl_tree.cpp)
add_executable(binary_search_tree binary_search_tree.cpp)
add_executable(binary_tree binary_tree.cpp)
add_executable(binary_tree_bfs binary_tree_bfs.cpp)
add_executable(binary_tree_dfs binary_tree_dfs.cpp)
add_executable(array_binary_tree array_binary_tree.cpp)
@@ -0,0 +1,137 @@
/**
* File: array_binary_tree.cpp
* Created Time: 2023-07-19
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Класс двоичного дерева в массивном представлении */
class ArrayBinaryTree {
public:
/* Конструктор */
ArrayBinaryTree(vector<int> arr) {
tree = arr;
}
/* Вместимость списка */
int size() {
return tree.size();
}
/* Получить значение узла с индексом i */
int val(int i) {
// Если индекс выходит за границы, вернуть INT_MAX, обозначающий пустую позицию
if (i < 0 || i >= size())
return INT_MAX;
return tree[i];
}
/* Получить индекс левого дочернего узла узла с индексом i */
int left(int i) {
return 2 * i + 1;
}
/* Получить индекс правого дочернего узла узла с индексом i */
int right(int i) {
return 2 * i + 2;
}
/* Получить индекс родительского узла узла с индексом i */
int parent(int i) {
return (i - 1) / 2;
}
/* Обход в ширину */
vector<int> levelOrder() {
vector<int> res;
// Непосредственно обходить массив
for (int i = 0; i < size(); i++) {
if (val(i) != INT_MAX)
res.push_back(val(i));
}
return res;
}
/* Предварительный обход */
vector<int> preOrder() {
vector<int> res;
dfs(0, "pre", res);
return res;
}
/* Симметричный обход */
vector<int> inOrder() {
vector<int> res;
dfs(0, "in", res);
return res;
}
/* Обратный обход */
vector<int> postOrder() {
vector<int> res;
dfs(0, "post", res);
return res;
}
private:
vector<int> tree;
/* Обход в глубину */
void dfs(int i, string order, vector<int> &res) {
// Если это пустая позиция, вернуть
if (val(i) == INT_MAX)
return;
// Предварительный обход
if (order == "pre")
res.push_back(val(i));
dfs(left(i), order, res);
// Симметричный обход
if (order == "in")
res.push_back(val(i));
dfs(right(i), order, res);
// Обратный обход
if (order == "post")
res.push_back(val(i));
}
};
/* Driver Code */
int main() {
// Инициализировать двоичное дерево
// Использовать INT_MAX для обозначения пустой позиции nullptr
vector<int> arr = {1, 2, 3, 4, INT_MAX, 6, 7, 8, 9, INT_MAX, INT_MAX, 12, INT_MAX, INT_MAX, 15};
TreeNode *root = vectorToTree(arr);
cout << "\nИнициализация двоичного дерева\n";
cout << "Массивное представление двоичного дерева:\n";
printVector(arr);
cout << "Связное представление двоичного дерева:\n";
printTree(root);
// Класс двоичного дерева в массивном представлении
ArrayBinaryTree abt(arr);
// Доступ к узлу
int i = 1;
int l = abt.left(i), r = abt.right(i), p = abt.parent(i);
cout << "\nТекущий узел: индекс = " << i << ", значение = " << abt.val(i) << "\n";
cout << "Индекс левого дочернего узла = " << l << ", значение = " << (abt.val(l) != INT_MAX ? to_string(abt.val(l)) : "nullptr") << "\n";
cout << "Индекс правого дочернего узла = " << r << ", значение = " << (abt.val(r) != INT_MAX ? to_string(abt.val(r)) : "nullptr") << "\n";
cout << "Индекс родительского узла = " << p << ", значение = " << (abt.val(p) != INT_MAX ? to_string(abt.val(p)) : "nullptr") << "\n";
// Обходить дерево
vector<int> res = abt.levelOrder();
cout << "\nОбход в ширину: ";
printVector(res);
res = abt.preOrder();
cout << "Предварительный обход: ";
printVector(res);
res = abt.inOrder();
cout << "Симметричный обход: ";
printVector(res);
res = abt.postOrder();
cout << "Обратный обход: ";
printVector(res);
return 0;
}
+233
View File
@@ -0,0 +1,233 @@
/**
* File: avl_tree.cpp
* Created Time: 2023-02-03
* Author: what-is-me (whatisme@outlook.jp)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* AVL-дерево */
class AVLTree {
private:
/* Обновить высоту узла */
void updateHeight(TreeNode *node) {
// Высота узла равна высоте более высокого поддерева + 1
node->height = max(height(node->left), height(node->right)) + 1;
}
/* Операция правого вращения */
TreeNode *rightRotate(TreeNode *node) {
TreeNode *child = node->left;
TreeNode *grandChild = child->right;
// Выполнить правое вращение узла node вокруг child
child->right = node;
node->left = grandChild;
// Обновить высоту узла
updateHeight(node);
updateHeight(child);
// Вернуть корневой узел поддерева после вращения
return child;
}
/* Операция левого вращения */
TreeNode *leftRotate(TreeNode *node) {
TreeNode *child = node->right;
TreeNode *grandChild = child->left;
// Выполнить левое вращение узла node вокруг child
child->left = node;
node->right = grandChild;
// Обновить высоту узла
updateHeight(node);
updateHeight(child);
// Вернуть корневой узел поддерева после вращения
return child;
}
/* Выполнить вращение, чтобы снова сбалансировать поддерево */
TreeNode *rotate(TreeNode *node) {
// Получить коэффициент баланса узла node
int _balanceFactor = balanceFactor(node);
// Левосторонне перекошенное дерево
if (_balanceFactor > 1) {
if (balanceFactor(node->left) >= 0) {
// Правое вращение
return rightRotate(node);
} else {
// Сначала левое вращение, затем правое
node->left = leftRotate(node->left);
return rightRotate(node);
}
}
// Правосторонне перекошенное дерево
if (_balanceFactor < -1) {
if (balanceFactor(node->right) <= 0) {
// Левое вращение
return leftRotate(node);
} else {
// Сначала правое вращение, затем левое
node->right = rightRotate(node->right);
return leftRotate(node);
}
}
// Дерево сбалансировано, вращение не требуется, вернуть сразу
return node;
}
/* Рекурсивная вставка узла (вспомогательный метод) */
TreeNode *insertHelper(TreeNode *node, int val) {
if (node == nullptr)
return new TreeNode(val);
/* 1. Найти позицию вставки и вставить узел */
if (val < node->val)
node->left = insertHelper(node->left, val);
else if (val > node->val)
node->right = insertHelper(node->right, val);
else
return node; // Повторяющийся узел не вставлять, сразу вернуть
updateHeight(node); // Обновить высоту узла
/* 2. Выполнить вращение, чтобы снова сбалансировать поддерево */
node = rotate(node);
// Вернуть корневой узел поддерева
return node;
}
/* Рекурсивное удаление узла (вспомогательный метод) */
TreeNode *removeHelper(TreeNode *node, int val) {
if (node == nullptr)
return nullptr;
/* 1. Найти узел и удалить его */
if (val < node->val)
node->left = removeHelper(node->left, val);
else if (val > node->val)
node->right = removeHelper(node->right, val);
else {
if (node->left == nullptr || node->right == nullptr) {
TreeNode *child = node->left != nullptr ? node->left : node->right;
// Число дочерних узлов = 0, удалить node и сразу вернуть
if (child == nullptr) {
delete node;
return nullptr;
}
// Число дочерних узлов = 1, удалить node напрямую
else {
delete node;
node = child;
}
} else {
// Число дочерних узлов = 2, удалить следующий по симметричному обходу узел и заменить им текущий узел
TreeNode *temp = node->right;
while (temp->left != nullptr) {
temp = temp->left;
}
int tempVal = temp->val;
node->right = removeHelper(node->right, temp->val);
node->val = tempVal;
}
}
updateHeight(node); // Обновить высоту узла
/* 2. Выполнить вращение, чтобы снова сбалансировать поддерево */
node = rotate(node);
// Вернуть корневой узел поддерева
return node;
}
public:
TreeNode *root; // Корневой узел
/* Получить высоту узла */
int height(TreeNode *node) {
// Высота пустого узла равна -1, высота листового узла равна 0
return node == nullptr ? -1 : node->height;
}
/* Получить коэффициент баланса */
int balanceFactor(TreeNode *node) {
// Коэффициент баланса пустого узла равен 0
if (node == nullptr)
return 0;
// Коэффициент баланса узла = высота левого поддерева - высота правого поддерева
return height(node->left) - height(node->right);
}
/* Вставка узла */
void insert(int val) {
root = insertHelper(root, val);
}
/* Удаление узла */
void remove(int val) {
root = removeHelper(root, val);
}
/* Поиск узла */
TreeNode *search(int val) {
TreeNode *cur = root;
// Искать в цикле и выйти после прохода за листовой узел
while (cur != nullptr) {
// Целевой узел находится в правом поддереве cur
if (cur->val < val)
cur = cur->right;
// Целевой узел находится в левом поддереве cur
else if (cur->val > val)
cur = cur->left;
// Найти целевой узел и выйти из цикла
else
break;
}
// Вернуть целевой узел
return cur;
}
/* Конструктор */
AVLTree() : root(nullptr) {
}
/* Метод-деструктор */
~AVLTree() {
freeMemoryTree(root);
}
};
void testInsert(AVLTree &tree, int val) {
tree.insert(val);
cout << "\nПосле вставки узла " << val << " AVL-дерево имеет вид" << endl;
printTree(tree.root);
}
void testRemove(AVLTree &tree, int val) {
tree.remove(val);
cout << "\nПосле удаления узла " << val << " AVL-дерево имеет вид" << endl;
printTree(tree.root);
}
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация пустого AVL-дерева */
AVLTree avlTree;
/* Вставка узла */
// Обратите внимание, как AVL-дерево сохраняет баланс после вставки узла
testInsert(avlTree, 1);
testInsert(avlTree, 2);
testInsert(avlTree, 3);
testInsert(avlTree, 4);
testInsert(avlTree, 5);
testInsert(avlTree, 8);
testInsert(avlTree, 7);
testInsert(avlTree, 9);
testInsert(avlTree, 10);
testInsert(avlTree, 6);
/* Вставка повторяющегося узла */
testInsert(avlTree, 7);
/* Удаление узла */
// Обратите внимание, как AVL-дерево сохраняет баланс после удаления узла
testRemove(avlTree, 8); // Удаление узла степени 0
testRemove(avlTree, 5); // Удаление узла степени 1
testRemove(avlTree, 4); // Удаление узла степени 2
/* Поиск узла */
TreeNode *node = avlTree.search(7);
cout << "\nНайденный объект узла = " << node << ", значение узла = " << node->val << endl;
}
@@ -0,0 +1,170 @@
/**
* File: binary_search_tree.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Двоичное дерево поиска */
class BinarySearchTree {
private:
TreeNode *root;
public:
/* Конструктор */
BinarySearchTree() {
// Инициализировать пустое дерево
root = nullptr;
}
/* Метод-деструктор */
~BinarySearchTree() {
freeMemoryTree(root);
}
/* Получить корневой узел двоичного дерева */
TreeNode *getRoot() {
return root;
}
/* Поиск узла */
TreeNode *search(int num) {
TreeNode *cur = root;
// Искать в цикле и выйти после прохода за листовой узел
while (cur != nullptr) {
// Целевой узел находится в правом поддереве cur
if (cur->val < num)
cur = cur->right;
// Целевой узел находится в левом поддереве cur
else if (cur->val > num)
cur = cur->left;
// Найти целевой узел и выйти из цикла
else
break;
}
// Вернуть целевой узел
return cur;
}
/* Вставка узла */
void insert(int num) {
// Если дерево пусто, инициализировать корневой узел
if (root == nullptr) {
root = new TreeNode(num);
return;
}
TreeNode *cur = root, *pre = nullptr;
// Искать в цикле и выйти после прохода за листовой узел
while (cur != nullptr) {
// Найти повторяющийся узел и сразу вернуть
if (cur->val == num)
return;
pre = cur;
// Позиция вставки находится в правом поддереве cur
if (cur->val < num)
cur = cur->right;
// Позиция вставки находится в левом поддереве cur
else
cur = cur->left;
}
// Вставка узла
TreeNode *node = new TreeNode(num);
if (pre->val < num)
pre->right = node;
else
pre->left = node;
}
/* Удаление узла */
void remove(int num) {
// Если дерево пусто, сразу вернуть
if (root == nullptr)
return;
TreeNode *cur = root, *pre = nullptr;
// Искать в цикле и выйти после прохода за листовой узел
while (cur != nullptr) {
// Найти узел для удаления и выйти из цикла
if (cur->val == num)
break;
pre = cur;
// Узел для удаления находится в правом поддереве cur
if (cur->val < num)
cur = cur->right;
// Узел для удаления находится в левом поддереве cur
else
cur = cur->left;
}
// Если узел для удаления отсутствует, сразу вернуть
if (cur == nullptr)
return;
// Число дочерних узлов = 0 или 1
if (cur->left == nullptr || cur->right == nullptr) {
// Когда число дочерних узлов = 0 / 1, child = nullptr / этот дочерний узел
TreeNode *child = cur->left != nullptr ? cur->left : cur->right;
// Удалить узел cur
if (cur != root) {
if (pre->left == cur)
pre->left = child;
else
pre->right = child;
} else {
// Если удаляемый узел является корнем, заново назначить корневой узел
root = child;
}
// Освободить память
delete cur;
}
// Число дочерних узлов = 2
else {
// Получить следующий узел после cur в симметричном обходе
TreeNode *tmp = cur->right;
while (tmp->left != nullptr) {
tmp = tmp->left;
}
int tmpVal = tmp->val;
// Рекурсивно удалить узел tmp
remove(tmp->val);
// Перезаписать cur значением tmp
cur->val = tmpVal;
}
}
};
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация двоичного дерева поиска */
BinarySearchTree *bst = new BinarySearchTree();
// Обратите внимание: разные порядки вставки порождают разные двоичные деревья; данная последовательность может построить совершенное двоичное дерево
vector<int> nums = {8, 4, 12, 2, 6, 10, 14, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15};
for (int num : nums) {
bst->insert(num);
}
cout << endl << "Исходное двоичное дерево\n" << endl;
printTree(bst->getRoot());
/* Поиск узла */
TreeNode *node = bst->search(7);
cout << endl << "Найденный объект узла = " << node << ", значение узла = " << node->val << endl;
/* Вставка узла */
bst->insert(16);
cout << endl << "После вставки узла 16 двоичное дерево имеет вид\n" << endl;
printTree(bst->getRoot());
/* Удаление узла */
bst->remove(1);
cout << endl << "После удаления узла 1 двоичное дерево имеет вид\n" << endl;
printTree(bst->getRoot());
bst->remove(2);
cout << endl << "После удаления узла 2 двоичное дерево имеет вид\n" << endl;
printTree(bst->getRoot());
bst->remove(4);
cout << endl << "После удаления узла 4 двоичное дерево имеет вид\n" << endl;
printTree(bst->getRoot());
// Освободить память
delete bst;
return 0;
}
+43
View File
@@ -0,0 +1,43 @@
/**
* File: binary_tree.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация двоичного дерева */
// Инициализация узла
TreeNode *n1 = new TreeNode(1);
TreeNode *n2 = new TreeNode(2);
TreeNode *n3 = new TreeNode(3);
TreeNode *n4 = new TreeNode(4);
TreeNode *n5 = new TreeNode(5);
// Построить связи между узлами (указатели)
n1->left = n2;
n1->right = n3;
n2->left = n4;
n2->right = n5;
cout << endl << "Инициализация двоичного дерева\n" << endl;
printTree(n1);
/* Вставка и удаление узлов */
TreeNode *P = new TreeNode(0);
// Вставить узел P между n1 -> n2
n1->left = P;
P->left = n2;
cout << endl << "После вставки узла P\n" << endl;
printTree(n1);
// Удалить узел P
n1->left = n2;
delete P; // Освободить память
cout << endl << "После удаления узла P\n" << endl;
printTree(n1);
// Освободить память
freeMemoryTree(n1);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,42 @@
/**
* File: binary_tree_bfs.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* Обход в ширину */
vector<int> levelOrder(TreeNode *root) {
// Инициализировать очередь и добавить корневой узел
queue<TreeNode *> queue;
queue.push(root);
// Инициализировать список для хранения последовательности обхода
vector<int> vec;
while (!queue.empty()) {
TreeNode *node = queue.front();
queue.pop(); // Извлечение из очереди
vec.push_back(node->val); // Сохранить значение узла
if (node->left != nullptr)
queue.push(node->left); // Поместить левый дочерний узел в очередь
if (node->right != nullptr)
queue.push(node->right); // Поместить правый дочерний узел в очередь
}
return vec;
}
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация двоичного дерева */
// Здесь используется функция, напрямую строящая двоичное дерево из массива
TreeNode *root = vectorToTree(vector<int>{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7});
cout << endl << "Инициализация двоичного дерева\n" << endl;
printTree(root);
/* Обход в ширину */
vector<int> vec = levelOrder(root);
cout << endl << "Последовательность печати узлов при обходе в ширину = ";
printVector(vec);
return 0;
}
@@ -0,0 +1,69 @@
/**
* File: binary_tree_dfs.cpp
* Created Time: 2022-11-25
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
// Инициализировать список для хранения последовательности обхода
vector<int> vec;
/* Предварительный обход */
void preOrder(TreeNode *root) {
if (root == nullptr)
return;
// Порядок обхода: корень -> левое поддерево -> правое поддерево
vec.push_back(root->val);
preOrder(root->left);
preOrder(root->right);
}
/* Симметричный обход */
void inOrder(TreeNode *root) {
if (root == nullptr)
return;
// Порядок обхода: левое поддерево -> корень -> правое поддерево
inOrder(root->left);
vec.push_back(root->val);
inOrder(root->right);
}
/* Обратный обход */
void postOrder(TreeNode *root) {
if (root == nullptr)
return;
// Порядок обхода: левое поддерево -> правое поддерево -> корень
postOrder(root->left);
postOrder(root->right);
vec.push_back(root->val);
}
/* Driver Code */
int main() {
/* Инициализация двоичного дерева */
// Здесь используется функция, напрямую строящая двоичное дерево из массива
TreeNode *root = vectorToTree(vector<int>{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7});
cout << endl << "Инициализация двоичного дерева\n" << endl;
printTree(root);
/* Предварительный обход */
vec.clear();
preOrder(root);
cout << endl << "Последовательность печати узлов при предварительном обходе = ";
printVector(vec);
/* Симметричный обход */
vec.clear();
inOrder(root);
cout << endl << "Последовательность печати узлов при симметричном обходе = ";
printVector(vec);
/* Обратный обход */
vec.clear();
postOrder(root);
cout << endl << "Последовательность печати узлов при обратном обходе = ";
printVector(vec);
return 0;
}
+4
View File
@@ -0,0 +1,4 @@
add_executable(utils
common.hpp print_utils.hpp
list_node.hpp tree_node.hpp
vertex.hpp)
+28
View File
@@ -0,0 +1,28 @@
/**
* File: common.hpp
* Created Time: 2021-12-19
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#pragma once
#include <algorithm>
#include <chrono>
#include <deque>
#include <iostream>
#include <list>
#include <queue>
#include <random>
#include <set>
#include <stack>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <unordered_set>
#include <vector>
#include "list_node.hpp"
#include "print_utils.hpp"
#include "tree_node.hpp"
#include "vertex.hpp"
using namespace std;

Some files were not shown because too many files have changed in this diff Show More