算法实战-OJ之旅

Posted 2021-02-10 studentytj

算法虽然不是特别简单，但没有你想象中的那么难。

Sort Array By Parity easy

AC-17ms.
按照《算法导论》排序一章的一些概念，第二种可以称为是原址的（in-place)。
First Try:
用了另一个数组来保存结果，如果是奇数进行swap操作，同时在else中还要维护偶数的位置正确性。

class Solution {
    public int[] sortArrayByParity(int[] A) {
        int[] result = new int[A.length];
        for (int i = 0,tmp = 0; i < A.length; i++) {
            if (A[i] % 2 == 1) {
                result[A.length - tmp - 1] = A[i];
                tmp ++;
            } else {
                result[i - tmp] = A[i];
            }
        }
        return result;
    }
}

提交后瞄了眼，发现可以只操作原数组，改了一下，这次只需要将even数据移到前面即可。

        for (int i = 0,evenIndex = 0; i < A.length; i++) {
            if (A[i] % 2 == 0) {
                int tmp = A[i];
                A[i] = A[evenIndex];
                A[evenIndex] = tmp;
                evenIndex ++;
            }
        }
        System.err.println(System.nanoTime() - start + "ms.");
        return A;

To Lower Case easy

作了个弊，逃
str.toLowerCase();
论思路的话，拿到str的char数组，判断是否位于大写字母的ASCII码范围内，如果是，原有ASCII码+32存入，否则原样存入，利用String(char[])构造方法返回小写。大概类似这位老哥的解法戳一下
A的ASCII码是65，a是97

剑指Offer

二维数组中的查找

思路： 从右上角（或左上角）开始进行判断。
其他：每一行进行二分查找，虽然也可以实现，但是复杂度为O(NlgN)，不推荐

public boolean Find(int target, int[][] array) {
        if (array == null || array.length == 0 || array[0].length == 0 ) {
            return false;
        }
        int rows = array.length;//代表行数
        int cols = array[0].length ;//代表列数
        if (rows > 0 && cols > 0) {
            int row = 0;
            int column = cols - 1;
            while (row < rows && column >= 0) {
                if (array[row][column] == target) {
                    return true;
                } else if (array[row][column] > target) {
                    column--;
                } else {
                    ++row;
                }
            }
        }
        return false;
    }

替换空格

这里有个有意思的知识点，空格ASCII码是32,16进制表示为0x20，因此替换时表示为%20；#ASCII码是35,16进制0x23，因此替换时表现为%23；
如果可以新开辟字符串来完成替换，那就比较简单了，现在考虑的是在原有字符串上进行替换

思路：空格替换为‘%20’，原来一个字符，现在就多了2个.注意：setLength的过程其实是找了另一个数组，将原有数据拷贝上去了，数据组成是原有数据+新扩容的。然后才是移动。这样而跟创建一个新数组，然后直接赋值相比，反而有多次一举之嫌疑。这一点，等什么时候再学习一下C/C++时再来对比。用Java里的append和replace有作弊的嫌疑，因此这里仍旧按照书上思想来实现。不过略有改动，while改成了for循环，更简洁也更容易理解一些。

public String replaceSpace(StringBuffer str) {
        int oldLength = str.length();
        if (oldLength == 0) {
            return str.toString();
        }
        int spaceNum = 0;
        for (int i = 0; i < oldLength; i++) {
            if (str.charAt(i) == ' ') spaceNum++;
        }
        // 计算出替换后的字符串长度
        int newLength = oldLength + spaceNum * 2;
        str.setLength(newLength);
        for (int i = oldLength - 1; i >= 0; i--) {
            if (str.charAt(i) != ' ') {
                str.setCharAt(--newLength, str.charAt(i));
            } else {
                str.setCharAt(--newLength, '0');
                str.setCharAt(--newLength, '2');
                str.setCharAt(--newLength, '%');
            }
        }
        return str.toString();
    }

从尾到头打印链表

注意这里是单链表，只有next指针。又学到一点，因为是单链表，所以只能从头到尾遍历，但是打印又是要从尾到头打印，因此就是后进入的先出来，符合LIFO栈的数据结构定义，因此可以使用Stack来实现。（惭愧，Stack还是第一次用呢。另外再说一点，linkedlist也可以当成栈来使用的）

public ArrayList<Integer> printListFromTailToHead(ListNode listNode) {
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        while (listNode != null) {
            stack.push(listNode.val);
            listNode = listNode.next;
        }
        ArrayList result = new ArrayList();
        while (!stack.isEmpty()) {
            result.add(stack.pop());
        }
        return result;
    }
// 顺便把从头到尾打印也给写了一下
public ArrayList<Integer> printListFromHeadToTail(ListNode listNode) {
        ArrayList<Integer> result = new ArrayList<>();
        while (listNode != null) {
            result.add(listNode.val);
            listNode = listNode.next;
        }
        return result;
    }

这里顺便还知道了，递归在本质上就是一个栈结构。因此还有递归写法如下：

    ArrayList result  = new ArrayList();
    public ArrayList<Integer> printListFromTailToHeadRecursive(ListNode listNode) {

        if (listNode != null) {
            if (listNode.next != null) {
                printListFromTailToHeadRecursive(listNode.next);
            }
            result.add(listNode.val);
        }
        return result;
    }

顺便把简单的链表结构也贴上；当有了对应结构的时候，此时就可以把对应的《算导》里面的事项转换成具体的代码实现了。

public class ListNode {
        int val;
        ListNode next = null;

        ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }

    }

重建二叉树

这里又有个知识点，宽度优先遍历，就是一层一层的来，从左到右遍历输出。
此问题有一定难度，对应回答里有一个高票答案，看起来比较简洁，但是易读性较差。不过，经过对比，递归调用时的参数是一致的。
这里稍作解释，constructCore里的参数，pre和in数组是不变的，不讲；startPreorder是指左孩子前序序列下标起点，endPreorder是左孩子前序序列结束下标；另两个是中序序列的对应参数。
另外，构建右子树时，if条件表达式，有些不是很清楚为何，留作思考；再者，对于另一个最优解答，找到rootIndex之后，并不判断是否需要构建左子树而是直接构建，猜测应该是没进for循环，构造了一个null吧。这两个问题暂且留作思考。

public TreeNode reConstructBinaryTree(int[] pre, int[] in) {
        if (pre == null || in == null) {
            return null;
        }
        return constructCore(pre, 0, pre.length - 1, in, 0, in.length - 1);
    }

    private TreeNode constructCore(int[] pre, int startPreorder, int endPreOrder, int[] in, int startInorder, int endInorder) {
        if (startPreorder > endPreOrder || startInorder > endInorder)
            return null;
        // 前序遍历的第一个是root值
        int rootValue = pre[startPreorder];
        TreeNode root = new TreeNode(rootValue);
        int rootInorder = startInorder;

        // 找出内部节点在中序序列中的位置
        for (int i = startInorder; i <= endInorder; i++) {
            if (in[i] == rootValue) {
                rootInorder = i;
                break;
            }
        }
        // 左子树的长度
        int leftLength = rootInorder - startInorder;
        // 前序序列截止下标
        int leftPreorderEnd = startPreorder + leftLength;
        if (leftLength > 0) {
            // 构建左子树
            root.left = constructCore(pre, startPreorder + 1, leftPreorderEnd,
                    in, startInorder, rootInorder - 1);
        }
        if (leftLength < endPreOrder - startPreorder) {
            // 构建右子树
            root.right = constructCore(pre, leftPreorderEnd + 1, endPreOrder,
                    in, rootInorder + 1, endInorder);

        }

        return root;
    }

位运算

五种：与、或、异或、左移、右移。
异或：同0异1
左移：左移n位，右边补n个0
右移：数字是无符号数值，用0填充；有符号数值，用符号位填充。（提到有符号数，这里会涉及到反码、补码，《计算机科学导论》里面有讲，只有哪天再复习一下了，只看不记实在是太容易忘记了，哈哈，不过再提一下，个人觉得这本书翻译的有挺多地方都有问题，还是要辩证看待。比如：P33 二进制补码表示法范围分为两半：0000-0110以及0111-1111，应该是0000-0111，1000-1111）
有符号数：0表示正整数，1表示负整数
反码：无论正负，简单反转各个位即可。参照维基百科反码解释，还有一些条件：正数反码等于原码，负数反码等于符号位不变，反转其余位。反码里有两个0，+0:0000，-0:1111

补码：首先，从右边复制位，直到有1被复制；接着，反转其余的位。（或是负数除符号位外取反+1）
一些补充：
以二进制补码格式存储整数，计算机遵循以下步骤：
将整数变成n位的二进制数；
如果整数是正整数或零，以其原样存储；如果是负数，计算机取其补码存储。（所以，以这样的性质为准，则书上举的例子实在是太差劲了！）


从二进制补码格式还原整数：
如果左位是1，取其补码，左位是0，不进行操作。
二次补码，二次反码运算均得到原数。
补码其实是取反之后+1的结果。
查看更多：关于二进制补码、反码的一些解释
这里再提一点位运算：以4位为例

1. 左移：
   1000，是负数，以补码形式存在，如何计算其十进制是多少呢？
   补码取反，0111，表示的十进制数7，+1得到8，加上负号-8.
   而-1 <<2, -1是int，4字节32位，二进制表示为32个1，左移2位之后变为30个1，2个0；取反变成30个0,2个1，十进制就是3，+1得到4，加负号为-4.
2. 右移
   正数补0，负数补1
   -1 >> 1 = -1
   3.无符号右移
   无论该数是正负，均补0
   -1 >>> 1 = 2147483647 即2^31 - 1,Integer.MAX_VALUE.
   解释一下，32个1无符号右移之后变成0跟31个1.即2^0 + 2^1 + 2^2 + ...+2^30 = 2 ^31 - 1;(等比数列求和)
   再来一个位运算交换位置：
   
   贴一下博主地址
   另外关于位运算再贴一篇文章详解Java里的位运算

二进制中的1的个数

思路：用1和n做与运算，如果不是0，则说明n对应位置是1
这里if条件用!=0还要更好一些

    public int NumberOf1(int n) {
        int flag = 1, count = 0;
        while (flag != 0) {
            if ((n & flag) == flag ) {
                count ++;
            }
            flag <<= 1;
        }
        return count;
    }

然而这种解法的话至少要循环32次（int 4字节32位），如果有几个1就循环几次就好了

一个整数n做运算n & (n - 1)可以把n最右侧的1变成0

    public int NumberOf1(int n) {
        int count = 0;
        while (n != 0) {
            count++;
            n &= (n - 1);
        }
        return count;
    }

用两个栈实现队列

第一次就AC，哇哇哇。

思路：用stack1来存放push进来的值，每次出栈的时候，只要Stack2非空，则先出栈Stack2的数；一旦stack2空了，就立马取stack1里面已经存在的数，压入stack2中，再出栈。这里没处理为空时pop（）的边界问题，因为没有时，pop()也该报错，EmptyStackException，Stack类也是这么处理的。顺便再说下pop()和peek(）了，pop()弹出并返回栈顶的值，peek（）返回栈顶的值。

Stack<Integer> stack1 = new Stack<Integer>();
    Stack<Integer> stack2 = new Stack<Integer>();

    public void push(int node) {
        stack1.push(node);
    }

    public int pop() {
        if (!stack2.isEmpty()) return stack2.pop();
        while (!stack1.isEmpty()) {
            stack2.push(stack1.pop());
        }
        return stack2.pop();
    }

顺便再看看两个队列实现一个栈怎么实现：

思路：push时两个队列哪个有数据，就往哪个push；都没有数据，随便一个push。
pop时，队列1有n条数据，就把前n-1条数据放入队列2，队列2有数据就放到队列1中去。

    ArrayDeque<Integer> queue1 = new ArrayDeque<>();
    ArrayDeque<Integer> queue2 = new ArrayDeque<>();

    public void stackPush(int node) {
        if (queue1.isEmpty() & queue2.isEmpty()) {
            queue1.add(node);
            return;
        }
        if (queue1.isEmpty()) {
            queue2.add(node);
        } else {
            queue1.add(node);
        }
    }

    public int stackPop() {
        if (queue1.isEmpty() && queue2.isEmpty()) {
            return -1;
        }
        if (queue1.isEmpty()) { // 如果队列2非空,
            
            while (queue2.size() > 1) {
                queue1.add(queue2.poll());
            }
            return queue2.poll();
        } else { // 队列1非空
            
            while (queue1.size() > 1) {
                queue2.add(queue1.poll());
            }
            return queue1.poll();
        }

    }

员工年龄排序

参见这篇文章

下标对应年龄，值对应该年龄出现了几次；最后一个二重循环将年龄重新放入ages数组。看似O(n^2)，实际上，这个二重循环只执行了ages.length次。

public void sortAge(int[] ages){
        int oldAge = 70;
        int youngAge = 17;
        int[] timeOfAge = new int[oldAge+1];

        for(int i = youngAge; i <= oldAge; i++){
            timeOfAge[i] = 0;
        }

        for(int j = 0; j < ages.length; j++){
            int a = ages[j];
            timeOfAge[a]++;
        }

        int index = 0;
        for(int i = youngAge; i <= oldAge; i++){
            for(int j = 0; j < timeOfAge[i]; j++){
                ages[index] = i;
                index++;
            }
        }
    }

旋转数组中的最小数

这道题就有点奇怪了，按照书上思路，自己测试一些，也是可以正常输出的，但是不知为何，无法通过OJ

public int minNumberInRotateArray(int[] array) {
        if (array.length < 0) return -1;
        int low = 0, high = array.length - 1;
        int mid = low;// 解决原本就是已排序数组的问题
        while (array[low] >= array[high]) {
            if (array[low] == array[high] && array[mid] == array[high]) {
                return minInOrder(array, low, high);
            }
            if (low - high == 1) {
                mid = high;
                break;
            }
            mid = (low + high) / 2;
            if (array[mid] >= array[low]) {
                low = mid;
            } else {
                high = mid;
            }
        }
        return array[mid];
    }



    private int minInOrder(int[] array, int low, int high) {
        int result = array[low];
        for (int i = low + 1; i < high; i++) {
            if (result > array[i]) {
                result = array[i];
            }
        }
        return result;
    }

数值的整数次方

这道题简直太有趣了，将指数分为奇偶，基数就是1半平方再乘base；偶数不用乘base。注意：0^0在数学上是没意义的，这里简单的处理为1.指数为负即为求正数的倒数。
public double Power(double base, int exponent) { if (exponent == 0) return 1; if (exponent == 1) return base; if (exponent < 0) return 1/Power(base, -exponent); double result = Power(base, exponent >> 1); result *= result ; if ((exponent & 1) == 1) { result *= base; } return result; }
在O(1)时间删除链表节点
思路：1.遍历找到待删除节点i的前驱，修改前驱next指向

1. 不需要遍历，将i的后继值放入i中，将i指向i的next的next。不过注意一些边界情况：（1）删除的节点不是tail节点（2）删除的链表只有一个节点（3）链表有多个节点，删除最后一个节点（4）删除的节点是否在链表中

   将奇数移到前面偶数移到后面

   先给出不保证顺序的版本（即只要奇数在前就行），这一点同LeetCode那题基本类似。

public void reOrderArray(int [] array) {
        if (array == null || array.length == 0) return;
        int begin = 0;
        int end = array.length - 1;
        while (begin < end) {
            // 找到偶数
            while (begin < end && (array[begin] & 1) != 0) {
                begin++;
            }

            // 找到奇数
            while (begin < end && (array[end] & 1) == 0) {
                end--;
            }

            if (begin < end) {
                int tmp = array[begin];
                array[begin] = array[end];
                array[end] = tmp;
            }
        }
        
    }

再给出有保证顺序版本（这个就需要顺次移动了）：

if (array == null || array.length == 0) return;
        int begin = 0;
        int end ;
        while (begin < array.length) {
            // 找到偶数
            while (begin < array.length && (array[begin] & 1) != 0) {
                begin++;
            }

            end = begin + 1;

            // 找到奇数
            while (end < array.length && (array[end] & 1) == 0) {
                end++;
            }

            if (end < array.length) {
                int tmp = array[end];
                // 这里只能采取从后往前的方式
                for (int i = end - 1; i >= begin; i--) {
                    array[i+1] = array[i];
                }
                array[begin++] = tmp;
                System.err.println(Arrays.toString(array));
            } else {
                break;
            }
        }

话说鲁棒性，这个光从汉语意义上讲实在是让人费解的很啊╮(╯▽╰)╭

链表中倒数第k个结点

思路: 两个指针，一个先跑k-1次，另一个再开始跑

/*
public class ListNode {
    int val;
    ListNode next = null;

    ListNode(int val) {
        this.val = val;
    }
}*/
public class Solution {
    public ListNode FindKthToTail(ListNode head,int k) {
        // 代表走到第几个节点
        int count = 0;
        ListNode first = head, second = head ;
        while (first != null) {
            first = first.next;
            count ++;
            // 当第一个链表走到k- 1时，第二个链表也跑起来
            if (count > k ) {
                second = second.next;
            }
        }
        // 如果链表的数量还不足k个
        if (count < k) return null;
        return second;
    }
}