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2024-04-28 22:35:59 +08:00
parent f986ae3c8c
commit f748af6aa4
34 changed files with 588 additions and 136 deletions
@@ -1555,7 +1555,7 @@ comments: true
單向鏈結串列通常用於實現堆疊、佇列、雜湊表和圖等資料結構。
- **堆疊與佇列**:當插入和刪除操作都在鏈結串列的一端進行時,它表現先進後出的特性,對應堆疊;當插入操作在鏈結串列的一端進行,刪除操作在鏈結串列的另一端進行,它表現先進先出的特性,對應佇列。
- **堆疊與佇列**:當插入和刪除操作都在鏈結串列的一端進行時,它表現的特性為先進後出,對應堆疊;當插入操作在鏈結串列的一端進行,刪除操作在鏈結串列的另一端進行,它表現的特性為先進先出,對應佇列。
- **雜湊表**:鏈式位址是解決雜湊衝突的主流方案之一,在該方案中,所有衝突的元素都會被放到一個鏈結串列中。
- **圖**:鄰接表是表示圖的一種常用方式,其中圖的每個頂點都與一個鏈結串列相關聯,鏈結串列中的每個元素都代表與該頂點相連的其他頂點。
@@ -36,7 +36,7 @@ status: new
<p align="center"> 圖 4-9 &nbsp; 計算機儲存系統 </p>
!!! note
!!! tip
計算機的儲存層次結構體現了速度、容量和成本三者之間的精妙平衡。實際上,這種權衡普遍存在於所有工業領域,它要求我們在不同的優勢和限制之間找到最佳平衡點。
@@ -538,7 +538,7 @@ comments: true
<p align="center"> 圖 13-7 &nbsp; 重複排列 </p>
那麼如何去除重複的排列呢?最直接地,考慮藉助一個雜湊,直接對排列結果進行去重。然而這樣做不夠優雅,**因為生成重複排列的搜尋分支沒有必要,應當提前識別並剪枝**,這樣可以進一步提升演算法效率。
那麼如何去除重複的排列呢?最直接地,考慮藉助一個雜湊集合,直接對排列結果進行去重。然而這樣做不夠優雅,**因為生成重複排列的搜尋分支沒有必要,應當提前識別並剪枝**,這樣可以進一步提升演算法效率。
### 1. &nbsp; 相等元素剪枝
@@ -554,7 +554,7 @@ comments: true
### 2. &nbsp; 程式碼實現
在上一題的程式碼的基礎上,我們考慮在每一輪選擇中開啟一個雜湊 `duplicated` ,用於記錄該輪中已經嘗試過的元素,並將重複元素剪枝:
在上一題的程式碼的基礎上,我們考慮在每一輪選擇中開啟一個雜湊集合 `duplicated` ,用於記錄該輪中已經嘗試過的元素,並將重複元素剪枝:
=== "Python"
+1 -1
View File
@@ -11,7 +11,7 @@ comments: true
- 回溯問題通常包含多個約束條件,它們可用於實現剪枝操作。剪枝可以提前結束不必要的搜尋分支,大幅提升搜尋效率。
- 回溯演算法主要可用於解決搜尋問題和約束滿足問題。組合最佳化問題雖然可以用回溯演算法解決,但往往存在效率更高或效果更好的解法。
- 全排列問題旨在搜尋給定集合元素的所有可能的排列。我們藉助一個陣列來記錄每個元素是否被選擇,剪掉重複選擇同一元素的搜尋分支,確保每個元素只被選擇一次。
- 在全排列問題中,如果集合中存在重複元素,則最終結果會出現重複排列。我們需要約束相等元素在每輪中只能被選擇一次,這通常藉助一個雜湊來實現。
- 在全排列問題中,如果集合中存在重複元素,則最終結果會出現重複排列。我們需要約束相等元素在每輪中只能被選擇一次,這通常藉助一個雜湊集合來實現。
- 子集和問題的目標是在給定集合中找到和為目標值的所有子集。集合不區分元素順序,而搜尋過程會輸出所有順序的結果,產生重複子集。我們在回溯前將資料進行排序,並設定一個變數來指示每一輪的走訪起始點,從而將生成重複子集的搜尋分支進行剪枝。
- 對於子集和問題,陣列中的相等元素會產生重複集合。我們利用陣列已排序的前置條件,透過判斷相鄰元素是否相等實現剪枝,從而確保相等元素在每輪中只能被選中一次。
- $n$ 皇后問題旨在尋找將 $n$ 個皇后放置到 $n \times n$ 尺寸棋盤上的方案,要求所有皇后兩兩之間無法攻擊對方。該問題的約束條件有行約束、列約束、主對角線和次對角線約束。為滿足行約束,我們採用按行放置的策略,保證每一行放置一個皇后。
@@ -753,7 +753,7 @@ $T(n)$ 是一次函式,說明其執行時間的增長趨勢是線性的,因
時間複雜度分析本質上是計算“操作數量 $T(n)$”的漸近上界,它具有明確的數學定義。
!!! abstract "函式漸近上界"
!!! note "函式漸近上界"
若存在正實數 $c$ 和實數 $n_0$ ,使得對於所有的 $n > n_0$ ,均有 $T(n) \leq c \cdot f(n)$ ,則可認為 $f(n)$ 給出了 $T(n)$ 的一個漸近上界,記為 $T(n) = O(f(n))$ 。
@@ -4,7 +4,7 @@ comments: true
# 3.3 &nbsp; 數字編碼 *
!!! note
!!! tip
在本書中,標題帶有 * 符號的是選讀章節。如果你時間有限或感到理解困難,可以先跳過,等學完必讀章節後再單獨攻克。
+141 -2
View File
@@ -1130,7 +1130,80 @@ comments: true
=== "Ruby"
```ruby title="graph_adjacency_matrix.rb"
[class]{GraphAdjMat}-[func]{}
### 基於鄰接矩陣實現的無向圖類別 ###
class GraphAdjMat
def initialize(vertices, edges)
### 建構子 ###
# 頂點串列,元素代表“頂點值”,索引代表“頂點索引”
@vertices = []
# 鄰接矩陣,行列索引對應“頂點索引”
@adj_mat = []
# 新增頂點
vertices.each { |val| add_vertex(val) }
# 新增邊
# 請注意,edges 元素代表頂點索引,即對應 vertices 元素索引
edges.each { |e| add_edge(e[0], e[1]) }
end
### 獲取頂點數量 ###
def size
@vertices.length
end
### 新增頂點 ###
def add_vertex(val)
n = size
# 向頂點串列中新增新頂點的值
@vertices << val
# 在鄰接矩陣中新增一行
new_row = Array.new(n, 0)
@adj_mat << new_row
# 在鄰接矩陣中新增一列
@adj_mat.each { |row| row << 0 }
end
### 刪除頂點 ###
def remove_vertex(index)
raise IndexError if index >= size
# 在頂點串列中移除索引 index 的頂點
@vertices.delete_at(index)
# 在鄰接矩陣中刪除索引 index 的行
@adj_mat.delete_at(index)
# 在鄰接矩陣中刪除索引 index 的列
@adj_mat.each { |row| row.delete_at(index) }
end
### 新增邊 ###
def add_edge(i, j)
# 參數 i, j 對應 vertices 元素索引
# 索引越界與相等處理
if i < 0 || j < 0 || i >= size || j >= size || i == j
raise IndexError
end
# 在無向圖中,鄰接矩陣關於主對角線對稱,即滿足 (i, j) == (j, i)
@adj_mat[i][j] = 1
@adj_mat[j][i] = 1
end
### 刪除邊 ###
def remove_edge(i, j)
# 參數 i, j 對應 vertices 元素索引
# 索引越界與相等處理
if i < 0 || j < 0 || i >= size || j >= size || i == j
raise IndexError
end
@adj_mat[i][j] = 0
@adj_mat[j][i] = 0
end
### 列印鄰接矩陣 ###
def __print__
puts "頂點串列 = #{@vertices}"
puts '鄰接矩陣 ='
print_matrix(@adj_mat)
end
end
```
=== "Zig"
@@ -2233,7 +2306,73 @@ comments: true
=== "Ruby"
```ruby title="graph_adjacency_list.rb"
[class]{GraphAdjList}-[func]{}
### 基於鄰接表實現的無向圖類別 ###
class GraphAdjList
attr_reader :adj_list
### 建構子 ###
def initialize(edges)
# 鄰接表,key:頂點,value:該頂點的所有鄰接頂點
@adj_list = {}
# 新增所有頂點和邊
for edge in edges
add_vertex(edge[0])
add_vertex(edge[1])
add_edge(edge[0], edge[1])
end
end
### 獲取頂點數量 ###
def size
@adj_list.length
end
### 新增邊 ###
def add_edge(vet1, vet2)
raise ArgumentError if !@adj_list.include?(vet1) || !@adj_list.include?(vet2)
@adj_list[vet1] << vet2
@adj_list[vet2] << vet1
end
### 刪除邊 ###
def remove_edge(vet1, vet2)
raise ArgumentError if !@adj_list.include?(vet1) || !@adj_list.include?(vet2)
# 刪除邊 vet1 - vet2
@adj_list[vet1].delete(vet2)
@adj_list[vet2].delete(vet1)
end
### 新增頂點 ###
def add_vertex(vet)
return if @adj_list.include?(vet)
# 在鄰接表中新增一個新鏈結串列
@adj_list[vet] = []
end
### 刪除頂點 ###
def remove_vertex(vet)
raise ArgumentError unless @adj_list.include?(vet)
# 在鄰接表中刪除頂點 vet 對應的鏈結串列
@adj_list.delete(vet)
# 走訪其他頂點的鏈結串列,刪除所有包含 vet 的邊
for vertex in @adj_list
@adj_list[vertex.first].delete(vet) if @adj_list[vertex.first].include?(vet)
end
end
### 列印鄰接表 ###
def __print__
puts '鄰接表 ='
for vertex in @adj_list
tmp = @adj_list[vertex.first].map { |v| v.val }
puts "#{vertex.first.val}: #{tmp},"
end
end
end
```
=== "Zig"
+74 -29
View File
@@ -24,7 +24,11 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
2. 在迴圈的每輪迭代中,彈出佇列首頂點並記錄訪問,然後將該頂點的所有鄰接頂點加入到佇列尾部。
3. 迴圈步驟 `2.` ,直到所有頂點被訪問完畢後結束。
為了防止重複走訪頂點,我們需要藉助一個雜湊 `visited` 來記錄哪些節點已被訪問。
為了防止重複走訪頂點,我們需要藉助一個雜湊集合 `visited` 來記錄哪些節點已被訪問。
!!! tip
雜湊集合可以看作一個只儲存 `key` 而不儲存 `value` 的雜湊表,它可以在 $O(1)$ 時間複雜度下進行 `key` 的增刪查改操作。根據 `key` 的唯一性,雜湊集合通常用於資料去重等場景。
=== "Python"
@@ -34,7 +38,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
# 使用鄰接表來表示圖,以便獲取指定頂點的所有鄰接頂點
# 頂點走訪序列
res = []
# 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
# 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
visited = set[Vertex]([start_vet])
# 佇列用於實現 BFS
que = deque[Vertex]([start_vet])
@@ -60,7 +64,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
vector<Vertex *> graphBFS(GraphAdjList &graph, Vertex *startVet) {
// 頂點走訪序列
vector<Vertex *> res;
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
unordered_set<Vertex *> visited = {startVet};
// 佇列用於實現 BFS
queue<Vertex *> que;
@@ -91,7 +95,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
List<Vertex> graphBFS(GraphAdjList graph, Vertex startVet) {
// 頂點走訪序列
List<Vertex> res = new ArrayList<>();
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
Set<Vertex> visited = new HashSet<>();
visited.add(startVet);
// 佇列用於實現 BFS
@@ -122,7 +126,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
List<Vertex> GraphBFS(GraphAdjList graph, Vertex startVet) {
// 頂點走訪序列
List<Vertex> res = [];
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
HashSet<Vertex> visited = [startVet];
// 佇列用於實現 BFS
Queue<Vertex> que = new();
@@ -153,7 +157,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
func graphBFS(g *graphAdjList, startVet Vertex) []Vertex {
// 頂點走訪序列
res := make([]Vertex, 0)
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
visited := make(map[Vertex]struct{})
visited[startVet] = struct{}{}
// 佇列用於實現 BFS, 使用切片模擬佇列
@@ -189,7 +193,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
func graphBFS(graph: GraphAdjList, startVet: Vertex) -> [Vertex] {
// 頂點走訪序列
var res: [Vertex] = []
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
var visited: Set<Vertex> = [startVet]
// 佇列用於實現 BFS
var que: [Vertex] = [startVet]
@@ -219,7 +223,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
function graphBFS(graph, startVet) {
// 頂點走訪序列
const res = [];
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
const visited = new Set();
visited.add(startVet);
// 佇列用於實現 BFS
@@ -250,7 +254,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
function graphBFS(graph: GraphAdjList, startVet: Vertex): Vertex[] {
// 頂點走訪序列
const res: Vertex[] = [];
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
const visited: Set<Vertex> = new Set();
visited.add(startVet);
// 佇列用於實現 BFS
@@ -281,7 +285,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
// 使用鄰接表來表示圖,以便獲取指定頂點的所有鄰接頂點
// 頂點走訪序列
List<Vertex> res = [];
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
Set<Vertex> visited = {};
visited.add(startVet);
// 佇列用於實現 BFS
@@ -313,7 +317,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
fn graph_bfs(graph: GraphAdjList, start_vet: Vertex) -> Vec<Vertex> {
// 頂點走訪序列
let mut res = vec![];
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
let mut visited = HashSet::new();
visited.insert(start_vet);
// 佇列用於實現 BFS
@@ -421,7 +425,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
fun graphBFS(graph: GraphAdjList, startVet: Vertex): MutableList<Vertex?> {
// 頂點走訪序列
val res = mutableListOf<Vertex?>()
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
val visited = HashSet<Vertex>()
visited.add(startVet)
// 佇列用於實現 BFS
@@ -447,7 +451,29 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
=== "Ruby"
```ruby title="graph_bfs.rb"
[class]{}-[func]{graph_bfs}
### 廣度優先走訪 ###
def graph_bfs(graph, start_vet)
# 使用鄰接表來表示圖,以便獲取指定頂點的所有鄰接頂點
# 頂點走訪序列
res = []
# 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
visited = Set.new([start_vet])
# 佇列用於實現 BFS
que = [start_vet]
# 以頂點 vet 為起點,迴圈直至訪問完所有頂點
while que.length > 0
vet = que.shift # 佇列首頂點出隊
res << vet # 記錄訪問頂點
# 走訪該頂點的所有鄰接頂點
for adj_vet in graph.adj_list[vet]
next if visited.include?(adj_vet) # 跳過已被訪問的頂點
que << adj_vet # 只入列未訪問的頂點
visited.add(adj_vet) # 標記該頂點已被訪問
end
end
# 返回頂點走訪序列
res
end
```
=== "Zig"
@@ -506,7 +532,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
**時間複雜度**:所有頂點都會入列並出隊一次,使用 $O(|V|)$ 時間;在走訪鄰接頂點的過程中,由於是無向圖,因此所有邊都會被訪問 $2$ 次,使用 $O(2|E|)$ 時間;總體使用 $O(|V| + |E|)$ 時間。
**空間複雜度**:串列 `res` ,雜湊 `visited` ,佇列 `que` 中的頂點數量最多為 $|V|$ ,使用 $O(|V|)$ 空間。
**空間複雜度**:串列 `res` ,雜湊集合 `visited` ,佇列 `que` 中的頂點數量最多為 $|V|$ ,使用 $O(|V|)$ 空間。
## 9.3.2 &nbsp; 深度優先走訪
@@ -518,7 +544,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
### 1. &nbsp; 演算法實現
這種“走到盡頭再返回”的演算法範式通常基於遞迴來實現。與廣度優先走訪類似,在深度優先走訪中,我們也需要藉助一個雜湊 `visited` 來記錄已被訪問的頂點,以避免重複訪問頂點。
這種“走到盡頭再返回”的演算法範式通常基於遞迴來實現。與廣度優先走訪類似,在深度優先走訪中,我們也需要藉助一個雜湊集合 `visited` 來記錄已被訪問的頂點,以避免重複訪問頂點。
=== "Python"
@@ -539,7 +565,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
# 使用鄰接表來表示圖,以便獲取指定頂點的所有鄰接頂點
# 頂點走訪序列
res = []
# 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
# 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
visited = set[Vertex]()
dfs(graph, visited, res, start_vet)
return res
@@ -566,7 +592,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
vector<Vertex *> graphDFS(GraphAdjList &graph, Vertex *startVet) {
// 頂點走訪序列
vector<Vertex *> res;
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
unordered_set<Vertex *> visited;
dfs(graph, visited, res, startVet);
return res;
@@ -594,7 +620,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
List<Vertex> graphDFS(GraphAdjList graph, Vertex startVet) {
// 頂點走訪序列
List<Vertex> res = new ArrayList<>();
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
Set<Vertex> visited = new HashSet<>();
dfs(graph, visited, res, startVet);
return res;
@@ -623,7 +649,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
List<Vertex> GraphDFS(GraphAdjList graph, Vertex startVet) {
// 頂點走訪序列
List<Vertex> res = [];
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
HashSet<Vertex> visited = [];
DFS(graph, visited, res, startVet);
return res;
@@ -653,7 +679,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
func graphDFS(g *graphAdjList, startVet Vertex) []Vertex {
// 頂點走訪序列
res := make([]Vertex, 0)
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
visited := make(map[Vertex]struct{})
dfs(g, visited, &res, startVet)
// 返回頂點走訪序列
@@ -683,7 +709,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
func graphDFS(graph: GraphAdjList, startVet: Vertex) -> [Vertex] {
// 頂點走訪序列
var res: [Vertex] = []
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
var visited: Set<Vertex> = []
dfs(graph: graph, visited: &visited, res: &res, vet: startVet)
return res
@@ -713,7 +739,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
function graphDFS(graph, startVet) {
// 頂點走訪序列
const res = [];
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
const visited = new Set();
dfs(graph, visited, res, startVet);
return res;
@@ -747,7 +773,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
function graphDFS(graph: GraphAdjList, startVet: Vertex): Vertex[] {
// 頂點走訪序列
const res: Vertex[] = [];
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
const visited: Set<Vertex> = new Set();
dfs(graph, visited, res, startVet);
return res;
@@ -780,7 +806,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
List<Vertex> graphDFS(GraphAdjList graph, Vertex startVet) {
// 頂點走訪序列
List<Vertex> res = [];
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
Set<Vertex> visited = {};
dfs(graph, visited, res, startVet);
return res;
@@ -811,7 +837,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
fn graph_dfs(graph: GraphAdjList, start_vet: Vertex) -> Vec<Vertex> {
// 頂點走訪序列
let mut res = vec![];
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
let mut visited = HashSet::new();
dfs(&graph, &mut visited, &mut res, start_vet);
@@ -882,7 +908,7 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
fun graphDFS(graph: GraphAdjList, startVet: Vertex?): MutableList<Vertex?> {
// 頂點走訪序列
val res = mutableListOf<Vertex?>()
// 雜湊,用於記錄已被訪問過的頂點
// 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
val visited = HashSet<Vertex?>()
dfs(graph, visited, res, startVet)
return res
@@ -892,9 +918,28 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
=== "Ruby"
```ruby title="graph_dfs.rb"
[class]{}-[func]{dfs}
### 深度優先走訪輔助函式 ###
def dfs(graph, visited, res, vet)
res << vet # 記錄訪問頂點
visited.add(vet) # 標記該頂點已被訪問
# 走訪該頂點的所有鄰接頂點
for adj_vet in graph.adj_list[vet]
next if visited.include?(adj_vet) # 跳過已被訪問的頂點
# 遞迴訪問鄰接頂點
dfs(graph, visited, res, adj_vet)
end
end
[class]{}-[func]{graph_dfs}
### 深度優先走訪 ###
def graph_dfs(graph, start_vet)
# 使用鄰接表來表示圖,以便獲取指定頂點的所有鄰接頂點
# 頂點走訪序列
res = []
# 雜湊集合,用於記錄已被訪問過的頂點
visited = Set.new
dfs(graph, visited, res, start_vet)
res
end
```
=== "Zig"
@@ -962,4 +1007,4 @@ BFS 通常藉助佇列來實現,程式碼如下所示。佇列具有“先入
**時間複雜度**:所有頂點都會被訪問 $1$ 次,使用 $O(|V|)$ 時間;所有邊都會被訪問 $2$ 次,使用 $O(2|E|)$ 時間;總體使用 $O(|V| + |E|)$ 時間。
**空間複雜度**:串列 `res` ,雜湊 `visited` 頂點數量最多為 $|V|$ ,遞迴深度最大為 $|V|$ ,因此使用 $O(|V|)$ 空間。
**空間複雜度**:串列 `res` ,雜湊集合 `visited` 頂點數量最多為 $|V|$ ,遞迴深度最大為 $|V|$ ,因此使用 $O(|V|)$ 空間。
+67 -9
View File
@@ -676,11 +676,20 @@ comments: true
=== "Ruby"
```ruby title="my_heap.rb"
[class]{MaxHeap}-[func]{left}
### 獲取左子節點的索引 ###
def left(i)
2 * i + 1
end
[class]{MaxHeap}-[func]{right}
### 獲取右子節點的索引 ###
def right(i)
2 * i + 2
end
[class]{MaxHeap}-[func]{parent}
### 獲取父節點的索引 ###
def parent(i)
(i - 1) / 2 # 向下整除
end
```
=== "Zig"
@@ -817,7 +826,10 @@ comments: true
=== "Ruby"
```ruby title="my_heap.rb"
[class]{MaxHeap}-[func]{peek}
### 訪問堆積頂元素 ###
def peek
@max_heap[0]
end
```
=== "Zig"
@@ -1211,9 +1223,27 @@ comments: true
=== "Ruby"
```ruby title="my_heap.rb"
[class]{MaxHeap}-[func]{push}
### 元素入堆積 ###
def push(val)
# 新增節點
@max_heap << val
# 從底至頂堆積化
sift_up(size - 1)
end
[class]{MaxHeap}-[func]{sift_up}
### 從節點 i 開始,從底至頂堆積化 ###
def sift_up(i)
loop do
# 獲取節點 i 的父節點
p = parent(i)
# 當“越過根節點”或“節點無須修復”時,結束堆積化
break if p < 0 || @max_heap[i] <= @max_heap[p]
# 交換兩節點
swap(i, p)
# 迴圈向上堆積化
i = p
end
end
```
=== "Zig"
@@ -1649,7 +1679,7 @@ comments: true
// 交換根節點與最右葉節點(交換首元素與尾元素)
self.swap(0, self.size() - 1);
// 刪除節點
let val = self.max_heap.remove(self.size() - 1);
let val = self.max_heap.pop().unwrap();
// 從頂至底堆積化
self.sift_down(0);
// 返回堆積頂元素
@@ -1767,9 +1797,37 @@ comments: true
=== "Ruby"
```ruby title="my_heap.rb"
[class]{MaxHeap}-[func]{pop}
### 元素出堆積 ###
def pop
# 判空處理
raise IndexError, "堆積為空" if is_empty?
# 交換根節點與最右葉節點(交換首元素與尾元素)
swap(0, size - 1)
# 刪除節點
val = @max_heap.pop
# 從頂至底堆積化
sift_down(0)
# 返回堆積頂元素
val
end
[class]{MaxHeap}-[func]{sift_down}
### 從節點 i 開始,從頂至底堆積化 ###
def sift_down(i)
loop do
# 判斷節點 i, l, r 中值最大的節點,記為 ma
l, r, ma = left(i), right(i), i
ma = l if l < size && @max_heap[l] > @max_heap[ma]
ma = r if r < size && @max_heap[r] > @max_heap[ma]
# 若節點 i 最大或索引 l, r 越界,則無須繼續堆積化,跳出
break if ma == i
# 交換兩節點
swap(i, ma)
# 迴圈向下堆積化
i = ma
end
end
```
=== "Zig"
+22 -1
View File
@@ -437,7 +437,28 @@ comments: true
=== "Ruby"
```ruby title="top_k.rb"
[class]{}-[func]{top_k_heap}
### 基於堆積查詢陣列中最大的 k 個元素 ###
def top_k_heap(nums, k)
# 初始化小頂堆積
# 請注意:我們將堆積中所有元素取反,從而用大頂堆積來模擬小頂堆積
max_heap = MaxHeap.new([])
# 將陣列的前 k 個元素入堆積
for i in 0...k
push_min_heap(max_heap, nums[i])
end
# 從第 k+1 個元素開始,保持堆積的長度為 k
for i in k...nums.length
# 若當前元素大於堆積頂元素,則將堆積頂元素出堆積、當前元素入堆積
if nums[i] > peek_min_heap(max_heap)
pop_min_heap(max_heap)
push_min_heap(max_heap, nums[i])
end
end
get_min_heap(max_heap)
end
```
=== "Zig"
@@ -11,3 +11,16 @@ comments: true
- 演算法是在有限時間內解決特定問題的一組指令或操作步驟,而資料結構是計算機中組織和儲存資料的方式。
- 資料結構與演算法緊密相連。資料結構是演算法的基石,而演算法是資料結構發揮作用的舞臺。
- 我們可以將資料結構與演算法類比為拼裝積木,積木代表資料,積木的形狀和連線方式等代表資料結構,拼裝積木的步驟則對應演算法。
### 1. &nbsp; Q & A
**Q**:作為一名程式設計師,我在日常工作中從未用演算法解決過問題,常用演算法都被程式語言封裝好了,直接用就可以了;這是否意味著我們工作中的問題還沒有到達需要演算法的程度?
如果把具體的工作技能比作是武功的“招式”的話,那麼基礎科目應該更像是“內功”。
我認為學演算法(以及其他基礎科目)的意義不是在於在工作中從零實現它,而是基於學到的知識,在解決問題時能夠作出專業的反應和判斷,從而提升工作的整體質量。舉一個簡單例子,每種程式語言都內建了排序函式:
- 如果我們沒有學過資料結構與演算法,那麼給定任何資料,我們可能都塞給這個排序函式去做了。執行順暢、效能不錯,看上去並沒有什麼問題。
- 但如果學過演算法,我們就會知道內建排序函式的時間複雜度是 $O(n \log n)$ ;而如果給定的資料是固定位數的整數(例如學號),那麼我們就可以用效率更高的“基數排序”來做,將時間複雜度降為 $O(nk)$ ,其中 $k$ 為位數。當資料體量很大時,節省出來的執行時間就能創造較大價值(成本降低、體驗變好等)。
在工程領域中,大量問題是難以達到最優解的,許多問題只是被“差不多”地解決了。問題的難易程度一方面取決於問題本身的性質,另一方面也取決於觀測問題的人的知識儲備。人的知識越完備、經驗越多,分析問題就會越深入,問題就能被解決得更優雅。
+1 -1
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@@ -681,7 +681,7 @@ AVL 樹既是二元搜尋樹,也是平衡二元樹,同時滿足這兩類二
}
```
!!! note
!!! tip
設平衡因子為 $f$ ,則一棵 AVL 樹的任意節點的平衡因子皆滿足 $-1 \le f \le 1$ 。
+1 -1
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@@ -645,7 +645,7 @@ comments: true
<div style="height: 549px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20TreeNode%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E4%BA%8C%E5%85%83%E6%A8%B9%E7%AF%80%E9%BB%9E%E9%A1%9E%E5%88%A5%22%22%22%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self%2C%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E7%AF%80%E9%BB%9E%E5%80%BC%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.left%3A%20TreeNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%B7%A6%E5%AD%90%E7%AF%80%E9%BB%9E%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.right%3A%20TreeNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%23%20%E5%8F%B3%E5%AD%90%E7%AF%80%E9%BB%9E%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E4%BA%8C%E5%85%83%E6%A8%B9%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E7%AF%80%E9%BB%9E%0A%20%20%20%20n1%20%3D%20TreeNode%28val%3D1%29%0A%20%20%20%20n2%20%3D%20TreeNode%28val%3D2%29%0A%20%20%20%20n3%20%3D%20TreeNode%28val%3D3%29%0A%20%20%20%20n4%20%3D%20TreeNode%28val%3D4%29%0A%20%20%20%20n5%20%3D%20TreeNode%28val%3D5%29%0A%20%20%20%20%23%20%E6%A7%8B%E5%BB%BA%E7%AF%80%E9%BB%9E%E4%B9%8B%E9%96%93%E7%9A%84%E5%BC%95%E7%94%A8%EF%BC%88%E6%8C%87%E6%A8%99%EF%BC%89%0A%20%20%20%20n1.left%20%3D%20n2%0A%20%20%20%20n1.right%20%3D%20n3%0A%20%20%20%20n2.left%20%3D%20n4%0A%20%20%20%20n2.right%20%3D%20n5%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E6%8F%92%E5%85%A5%E8%88%87%E5%88%AA%E9%99%A4%E7%AF%80%E9%BB%9E%0A%20%20%20%20p%20%3D%20TreeNode%280%29%0A%20%20%20%20%23%20%E5%9C%A8%20n1%20-%3E%20n2%20%E4%B8%AD%E9%96%93%E6%8F%92%E5%85%A5%E7%AF%80%E9%BB%9E%20P%0A%20%20%20%20n1.left%20%3D%20p%0A%20%20%20%20p.left%20%3D%20n2%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%AA%E9%99%A4%E7%AF%80%E9%BB%9E%20P%0A%20%20%20%20n1.left%20%3D%20n2&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=37&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
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!!! note
!!! tip
需要注意的是,插入節點可能會改變二元樹的原有邏輯結構,而刪除節點通常意味著刪除該節點及其所有子樹。因此,在二元樹中,插入與刪除通常是由一套操作配合完成的,以實現有實際意義的操作。