AcWing数据结构 - 数据结构在算法比赛中的应用（下）

 目录

Trie树 

        Trie字符串统计

        最大异或对

并查集

        合并集合

        连通块中点的数量

        食物链

堆

        堆排序

        模拟堆

 哈希表

        模拟散列表

        字符串哈希

---

Trie树 

Trie字符串统计

思路：

设 idx索引用于构建树， 结点son[节点位置][节点分支指针]，cnt[]记录单词个数

#include <iostream>

using namespace std;

const int N = 100010;

int son[N][26], cnt[N], idx;    //因为只包含小写字母，所以每个节点最多有26个子节点
char str[N];

void insert(char *str)
{
    int p = 0;  //下标是0的点即是根节点，又是空节点,如son[0][0]为根节点的分支'a'
    for (int i = 0; str[i]; i ++ )  //字符串末尾有'\0'
    {
        int u = str[i] - 'a';
        if (!son[p][u]) son[p][u] = ++ idx;//idx索引确定根位置
        p = son[p][u];
    }
    cnt[p] ++ ; //记录这个单词
}

int query(char *str)
{
    int p = 0;
    for (int i = 0; str[i]; i ++ )
    {
        int u = str[i] - 'a';
        if (!son[p][u]) return 0;
        p = son[p][u];
    }
    return cnt[p];
}

int main()
{
    int n;
    scanf("%d", &n);
    while (n -- )
    {
        char op[2];
        scanf("%s%s", op, str);
        if (*op == 'I') insert(str);
        else printf("%d\n", query(str));
    }

    return 0;
}

最大异或对

思路：

字典树不单单可以高效存储和查找字符串集合,还可以存储二进制数字：将每个数以二进制方式存入字典树,找的时候从最高位去找有无该位的异. 

 

 取x的第i位二进制数作为结点

~i 等价于 i>=0; 因为-1二进制全为1，取反为0，刚好结束

#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;

int const N=100010,M=31*N;  //M表示trie树的结点个数，即：31个二进制长度*总数

int n,idx;
int a[N];
int son[M][2];  //因为只需要存二进制1和0，所以2即可

void insert(int x)
{
    int p=0;
    for(int i=30;i>=0;i--)
    {
        int u=x>>i&1;       //取x的第i位二进制数是什么
        if(!son[p][u]) son[p][u]=++idx;
        p=son[p][u];
    }
}

int search(int x)
{
    int p=0,res=0;
    for(int i=30;i>=0;i--)  //遍历31个二进制位
    {
        int u=x>>i&1;
        if(son[p][!u])  //为了取异或后最大值，如果有不同的就先走
        {
            p=son[p][!u];
            res=res*2+1;    //异或相异为1，res整体向前挪一位+1
        }
        else
        {
            p=son[p][u];
            res=res*2+0;    //相同为0
        }
    }
    return res;
}

int main()
{
    cin>>n;
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        cin>>a[i];
        insert(a[i]);
    }
    int res=0;
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        res=max(res,search(a[i]));
    }
    cout<<res<<endl;
    return 0;
}

并查集

合并集合

思路：

路径压缩具体操作： 

如图

find(1) p[1] = 2  p[1] = find(2)
find(2) p[2] = 3  p[2] = find(3)
find(3) p[3] = 4  p[3] = find(4)
find(4) p[4] = 4  将p[4]返回 

于是一路回溯；4=p[4]=p[3]=p[2]=p[1];
 

#include<iostream>
using namespace std;

int p[100010];

int find(int x)
{
    if(p[x]!=x) p[x]=find(p[x]);
    return p[x];
}

int main()
{
    int n,m;
    cin>>n>>m;
    for(int i=1;i<=n;i++) p[i]=i;
    while(m--)
    {
        char op;
        int a,b;
        cin>>op>>a>>b;
        if(op=='M') p[find(a)]=find(b); //将a的根插到b的根下，成为b分支
        else 
        {
            if(find(a)==find(b))
                printf("Yes\n");
            else
                printf("No\n");
        }
    }
    return 0;
}

连通块中点的数量

算法 - 并查集详解：

算法 - 蓝桥杯并查集题型_小黄同学LL的博客-CSDN博客

#include<iostream>
using namespace std;
int n,m;
int p[100010],cnt[100010];
int find(int x)
{
    if(p[x]!=x) p[x]=find(p[x]);
    return p[x];
}


int main()
{
    cin>>n>>m;
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        p[i]=i;
        cnt[i]=1;
    }
    while(m--)
    {
        int a,b;
        string s;
        cin>>s;
        if(s=="C")
        {
            cin>>a>>b;
            a=find(a),b=find(b);
            p[a]=b;
            if(a!=b) cnt[b]+=cnt[a];
        }
        else if(s=="Q1")
        {
            cin>>a>>b;
            a=find(a),b=find(b);
            if(a==b) puts("Yes");
            else puts("No");
        }
        else
        {
            cin>>a;
            cout<<cnt[find(a)]<<endl;
        }
    }
    return 0;
}

食物链

思路

 

如果不是同一颗树，就把x树插到y树下，成为分支；由前面的合并操作，我们已经算出x到根px的距离d[x],y到根py的距离d[y]；那么如何算px到py的距离呢？

我们设距离为 ？；

由于需要满足是同一种类，即最终的x到根距离%3==y到根距离%3

公式为（d[x]+?）%3==（d[y]）%3;

简化得  ？=d[y]-d[x];

else if (px != py)  //如果是不同的树
{
    p[px] = py;     //把x树插到y树下，成为分支
    d[px] = d[y] - d[x];    //
}

#include <iostream>

using namespace std;

const int N = 50010;

int n, m;
int p[N], d[N];

int find(int x)
{
    if (p[x] != x)
    {
        int t = find(p[x]);
        d[x] += d[p[x]];    //d[p[x]]就指p[x]到上一个节点的距离，最终d[x]为该节点到宗结点距离
        p[x] = t;
    }
    return p[x];
}

int main()
{
    scanf("%d%d", &n, &m);

    for (int i = 1; i <= n; i ++ ) p[i] = i;    //有n种动物

    int res = 0;
    while (m -- )
    {
        int t, x, y;
        scanf("%d%d%d", &t, &x, &y);

        if (x > n || y > n) res ++ ;    //大于范围，直接假
        else
        {
            int px = find(x), py = find(y);     //找x和y的根节点
            if (t == 1) //判断同类，顺手记录
            {
                if (px == py && (d[x] - d[y]) % 3) res ++ ;     //x和y在同一颗树上，
                                                                //两个值到根节点的距离%3不同，说明不是同一类
                else if (px != py)  //如果是不同的树
                {
                    p[px] = py;     //把x树插到y树下，成为分支
                    d[px] = d[y] - d[x];    //根px到根py的距离
                }
            }
            else    //判断是否x吃y
            {
                if (px == py && (d[x] - d[y] - 1) % 3) res ++ ;//x和y在同一颗树上，
                                                           //x值到根节点的距离没有比y距离多1，说明吃不掉
                else if (px != py)
                {
                    p[px] = py;
                    d[px] = d[y] + 1 - d[x];    //同理  
                }
            }
        }
    }

    printf("%d\n", res);

    return 0;
}

堆
 

堆排序

 思路：

1、向上调整算法：

void up(int u)
{
    while(u/2&&h[u/2]>h[u])
    {
        swap(h[u/2],h[u]);
        u/=2;
    }
}

2、向下调整算法 ：

void down(int u)
{
    int t = u;
    if (u * 2 <= cnt && h[u * 2] < h[t]) t = u * 2;
    if (u * 2 + 1 <= cnt && h[u * 2 + 1] < h[t]) t = u * 2 + 1;
    if (u != t)
    {
        swap(h[u], h[t]);
        down(t);
    }
}

如何手写一个堆？完全二叉树 5个操作

1. 插入一个数         heap[ ++ size] = x; up(size);
2. 求集合中的最小值   heap[1]
3. 删除最小值         heap[1] = heap[size]; size -- ;down(1);
4. 删除任意一个元素   heap[k] = heap[size]; size -- ;up(k); down(k);
5. 修改任意一个元素   heap[k] = x; up(k); down(k);

h[i] 表示第i个结点存储的值，i从1开始，2*i是左子节点，2*i + 1是右子节点
size 既表示堆里存储的元素个数，又表示最后一个结点的下标

i为什么从n/2开始down？

        因为n是最大值，n/2是n的父节点，因为n是最大，所以n/2是最大的有子节点的父节点，所以从n/2往前遍历，就可以把整个数组的父节点遍历一遍

 如图，我们找到最大父节点5，然后向上遍历4321都是父节点，而5就是n/2

#include <iostream>
using namespace std;
int const N = 100010;

int h[N], siz; //堆有两个变量h[N]，size; 怎么这里的size和文件里有冲突，只能改成siz了

void down(int u)
{
    int t = u;//t存储三个结点中存在的最小的结点的下标，初始化为当前结点u
    if (u * 2 <= siz && h[u * 2] < h[t]) t = u * 2; // 左子节点存在并且小于当前结点，更新t的下标
    if (u * 2 + 1 <= siz && h[u * 2 + 1] < h[t]) t = u * 2 + 1;//右子节点存在并且小于当前结点，更新t的下标
    if (t != u)//如果t==u意味着不用变动，u就是三个结点中拥有最小值的结点下标，否则交换数值
    {
        swap(h[t], h[u]);
        down(t); //交换数值后，t这个结点存储原本u的值，u存储存储t的值（三个数中的最小值）。u不用调整了，但t情况不明，可能需要调整。直到它比左右子节点都小
    }
}

int main()
{
    int n, m;
    cin >> n >> m;
    for (int i = 1; i <= n; i ++ ) scanf("%d", &h[i]); 
    siz = n; //初始化size,表示堆里有n 个元素

    for (int i = n / 2; i; i --) down(i); //把堆初始化成小根堆，从二叉树的倒数第二行开始，把数字大的下沉

    while (m -- )
    {
        printf("%d ", h[1]);
        h[1] = h[siz];
        siz --;
        down(1);
    }

    return 0;
}

模拟堆

思路：

操作与堆排序一样，但由于需要插入和删除第k个数，要用额外数组作为指针存储位置，以便快速找到k，于是交换位置的同时也要交换指针

因为需要插入和删除第k个数，所以需要用hp[]记录idx值，然后用ph[]记录hp[]对应的结点 

 

理解hp与ph数组，以及为什么需要它们

• 堆h[i]只能存放数据，不能存放是第几个数字，所以需要ph[k] = i来指明，第k个数字在h[]中对应的i是多少
• 在执行交换操作的时候，可以直接交换数字,swap(h[a],h[b])
• 但是对于ph[k_1] = a和ph[k_2] = b来说，a和b是它们存放的值，不 能通过值来找下标，也就是找不k_1,k_2是多少
• 于是引入hp[a] = k_2，hp[b] = k_2，则可以实现反向的操作

例如： 

h[a] = 10, h[b] = 20 swap: h[a] = 20,h [b] = 10
hp[a] = 1 ,hp[b] = 2 swap:hp[a] = 2 ,hp[b] = 1
ph[1] = a ,ph[2] = b swap:ph[1] = b ,ph[2] = a

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <string.h>

using namespace std;

const int N = 100010;

int h[N], ph[N], hp[N], cnt;

void heap_swap(int a, int b)
{
    swap(ph[hp[a]],ph[hp[b]]);
    swap(hp[a], hp[b]);
    swap(h[a], h[b]);
}

void down(int u)
{
    int t = u;
    if (u * 2 <= cnt && h[u * 2] < h[t]) t = u * 2;
    if (u * 2 + 1 <= cnt && h[u * 2 + 1] < h[t]) t = u * 2 + 1;
    if (u != t)
    {
        heap_swap(u, t);
        down(t);
    }
}

void up(int u)
{
    while (u / 2 && h[u] < h[u / 2])
    {
        heap_swap(u, u / 2);
        u >>= 1;
    }
}

int main()
{
    int n, m = 0;
    scanf("%d", &n);
    while (n -- )
    {
        char op[5];
        int k, x;
        scanf("%s", op);
        if (!strcmp(op, "I"))
        {
            scanf("%d", &x);
            cnt ++ ;
            m ++ ;
            ph[m] = cnt, hp[cnt] = m;
            h[cnt] = x;
            up(cnt);
        }
        else if (!strcmp(op, "PM")) printf("%d\n", h[1]);
        else if (!strcmp(op, "DM"))
        {
            heap_swap(1, cnt);
            cnt -- ;
            down(1);
        }
        else if (!strcmp(op, "D"))
        {
            scanf("%d", &k);
            k = ph[k];
            heap_swap(k, cnt);
            cnt -- ;
            up(k);
            down(k);
        }
        else
        {
            scanf("%d%d", &k, &x);
            k = ph[k];
            h[k] = x;
            up(k);
            down(k);
        }
    }

    return 0;
}

 哈希表

模拟散列表

算法 - 哈希表_NO.-LL的博客-CSDN博客

拉链法：

//拉链法
#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
const int N = 100003;//取大于1e5的第一个质数
int h[N],e[N],ne[N],idx;//开一个h槽,邻接表，h[]表示每个链表头节点，e[]表示x值，ne[]下一个节点下标
int n;
void insert(int x)
{
    int k = (x % N + N) % N;//c++中如果是负数,那他取模也是负的,加N再%N就一定是一个正数
    e[idx] = x;
    ne[idx] = h[k];    //相当于创建单链表
    h[k] = idx++;
}
bool find(int x)
{
    int k = (x % N + N) % N;
    for(int i = h[k];i != -1;i = ne[i])    //遍历链表
    {
        if(e[i] == x) return true;
    }
    return false;
}
int main()
{
    cin >> n;
    memset(h,-1,sizeof h);//先将槽清空，用-1表示
    while(n--)
    {
        string op;
        int x;
        cin >> op >> x;
        if(op == "I")
        {
            insert(x);
        }
        else
        {
            if(find(x))
            {
                puts("Yes");
            }
            else
            {
                puts("No");
            }
        }
    }
    return 0;
}

开放选址法

#include <cstring>
#include <iostream>
using namespace std;
 
const int N=1e6+9; //开放寻址法一般开 数据范围的 2~3倍, 这样大概率就没有冲突了（我开了10倍）
                  //开成质数取模时减小冲突概率
const int null=0x3f3f3f3f;    //比1e9大的数（在数据范围找不到的数）
int h[N],n;
 
int find(int x)
{
	int t=(x%N+N)%N;    //将负值映射成正数
	while(h[t]!=null&&h[t]!=x)  //如果位置不空并且不是x（不是自己）
	{
		t++;    //就找下一个位置
		if(t==N) t=0;    //找到最后一个时再从0开找
	}
	return  t;    //如果这个位置是空的, 则返回的是他应该存储的位置
}
int main()
{
	cin>>n;
	memset(h,0x3f,sizeof h);    //将每个值变为0x3f3f3f3f（以字节赋值 int4字节）
	
	while(n--)
	{
		string op;
		int x;
		cin>>op>>x;
		if(op=="I")
		{
			h[find(x)]=x;
		}
		else
		{
			if(h[find(x)]==null) puts("No");
			else puts("Yes");
		}
	}
	
    return 0;
}
 

字符串哈希

设 h[i]前i个字符的hash值；

 为什么是h[l-1]? 由题意得，在abcdef中2 4为bcd，那么就是h[4]-h[2-1];
为什么是P^(r-l+1)?  ABCDE 与 ABC 的前三个字符值是一样，只差两位，乘上 P^2 把 ABC 变为 ABC00，再用 ABCDE - ABC00 得到 DE 的哈希值。而P^2==p[3]==p[r-l+1](p从0次幂开始）

如：ABCDE 的2 4为 BCD，就是ABCD-A000,即h[4]-h[1]*P^3；公式为h[4]-h[2-1]*P^(4-2+1)

#include<iostream>
using namespace std;
 
typedef unsigned long long ull;
const int N=1e5+10,P=131;    //或者P=13331
ull h[N],p[N];    //非常刚好的免去了取模的操作
 
ull find(int l,int r)
{
    return h[r]-h[l-1]*p[r-l+1];    //部分求和
}
 
int main()
{
    int n,m;
    cin>>n>>m;
    string x;
    cin>>x;
    
    p[0]=1;    //p^0==1
    h[0]=0;    //hash表从1开始有值，处理边界
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        p[i+1]=p[i]*P;
        h[i+1]=h[i]*P+x[i];    //前缀和
    }
    
    while(m--)
    {
        int l1,r1,l2,r2;
        cin>>l1>>r1>>l2>>r2;
        if(find(l1,r1)==find(l2,r2)) puts("Yes");
        else puts("No");
        
    }
    return 0;
}