C++算法:前缀和与哈希表实战

上篇文章:C++智能指针:高效管理内存的利器

相关文章:C++算法:一维/二维前缀和算法模板题


目录

1.寻找数组的中心下标

理解题意

算法原理

2.除了自身以外数组的乘积

理解题意

算法原理

3.和为K的子数组

理解题意

算法原理

4.和可被K整除的子数组

理解题意

算法原理


1.寻找数组的中心下标

https://leetcode.cn/problems/find-pivot-index/description/

理解题意

输入整数数组,在第i个数之前和其之后的数字之和都相等的前提下,返回第i个数的下标。如果不存在,则返回-1。如果存在多个,则返回最左边的。

算法原理

根据题意画出图:

由于需要在中心下标的两端寻找相同的和,所以根据前缀和思想对前缀和后缀进行定义,并得到:

细节:

通过vector<int>存储f和g,其初始化默认为0,也就是说:f0 = 0, gn-1 = 0

复制代码
class Solution 
{
public:
    int pivotIndex(vector<int>& nums) 
    {
        int n = nums.size();
        vector<int> f(n), g(n);

        for(int i = 1; i < n; i++) f[i] = f[i-1] + nums[i-1];

        for(int i = n - 2; i >= 0; i--) g[i] = g[i+1] + nums[i+1];

        for(int i = 0; i < n; i++)
            if(f[i] == g[i]) return i;
            
        return -1;
    }
};

2.除了自身以外数组的乘积

https://leetcode.cn/problems/product-of-array-except-self/

理解题意

题目与上一题类似,都需要寻找前缀和后缀,不同点在于,此题求乘积,并且不能使用除法。

算法原理

细节:此题 f0 和 gn - 1 不能等于0,需要初始化为1。

复制代码
class Solution 
{
public:
    vector<int> productExceptSelf(vector<int>& nums) 
    {
        int n = nums.size();
        vector<int> f(n), g(n);

        f[0] = g[n - 1] = 1;

        for(int i = 1; i < n; i++) f[i] = f[i-1] * nums[i-1];
        for(int i = n - 2; i >= 0; i--) g[i] = g[i+1] * nums[i+1];

        vector<int> ret(n);
        for(int i = 0; i < n; i++)
            ret[i] = f[i] * g[i];
        return ret;
    }
};

3.和为K的子数组

https://leetcode.cn/problems/subarray-sum-equals-k/description/

理解题意

在连续的子数组中找到和为k的数组,并且返回其个数。且子数组是连续非空序列。

算法原理

注意:本题不能使用双指针,因为有0和负数的可能,并且双指针是一定同方向行进,本题不是。

由于本题需要返回个数,所以考虑使用哈希表进行记录,并且需要对子数组求和与k相比较,所以引入前缀和思想:使用变量sum记录前一个位置的前缀和即可,不需要创建一个前缀和数组。

k = j - i(i < j,i为左端点,j为右端点)-> i = j - k

确定以i为结尾的子数组,需要算出在0, i - 1区间内,有多少个前缀和等于sumi - k,

细节:有可能整个前缀和为k,所以hash0 = 1

复制代码
class Solution {
public:
    int subarraySum(vector<int>& nums, int k) {
        unordered_map<int, int> hash;
        hash[0] = 1;

        int sum = 0, ret = 0;
        for(auto x : nums)
        {
            sum += x;
            if(hash.count(sum - k)) ret += hash[sum - k];
            hash[sum]++;
        }
        return ret;
    }
};

4.和可被K整除的子数组

https://leetcode.cn/problems/subarray-sums-divisible-by-k/

理解题意

在整数数组中找到和可被k整除的连续非空子数组,并且返回符合要求的子数组的个数。

算法原理

补充知识:

同余定理:(a - b)/ p = k ...... 0 => a % p = b % p

C/java:负数 % 正数的结果以及修正:负 % 正 = 负 => a % p + p -> (a % p + p) % p

本题思路原理和上一题相似,区别在于:在0, i - 1区间内,找到有多少个前缀和的余数等于 (sum % k + k) % k,其中(sum - x) % k = 0 -> sum % k = x % k

复制代码
class Solution 
{
public:
    int subarraysDivByK(vector<int>& nums, int k) 
    {
        unordered_map<int, int> hash;
        hash[0] = 1;
        int sum = 0, ret = 0;
        for(auto x : nums)
        {
            sum += x;
            int r = (sum % k + k) % k;
            if(hash.count(r)) ret += hash[r];
            hash[r]++;
        }
        return ret;
    }
};

本章完。

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