Commit 10f6268b authored by misterbooo's avatar misterbooo
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# LeetCode 第 1 号问题:两数之和
> 本文首发于公众号「五分钟学算法」,是[图解 LeetCode ](<https://github.com/MisterBooo/LeetCodeAnimation>)系列文章之一。
>
> 个人网站:[https://www.cxyxiaowu.com](https://www.cxyxiaowu.com)
题目来源于 LeetCode 上第 1 号问题:两数之和。题目难度为 Easy,目前通过率为 45.8% 。
### 题目描述
给定一个整数数组 `nums` 和一个目标值 `target`,请你在该数组中找出和为目标值的那 **两个** 整数,并返回他们的数组下标。
你可以假设每种输入只会对应一个答案。但是,你不能重复利用这个数组中同样的元素。
**示例:**
```
给定 nums = [2, 7, 11, 15], target = 9
因为 nums[0] + nums[1] = 2 + 7 = 9
所以返回 [0, 1]
```
### 题目解析
使用查找表来解决该问题。
设置一个 map 容器 record 用来记录元素的值与索引,然后遍历数组 nums。
* 每次遍历时使用临时变量 complement 用来保存目标值与当前值的差值
* 在此次遍历中查找 record ,查看是否有与 complement 一致的值,如果查找成功则返回查找值的索引值与当前变量的值 i
* 如果未找到,则在 record 保存该元素与索引值 i
### 动画描述
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/20181028221055.gif)
### 代码实现
```
// 1. Two Sum
// https://leetcode.com/problems/two-sum/description/
// 时间复杂度:O(n)
// 空间复杂度:O(n)
class Solution {
public:
vector<int> twoSum(vector<int>& nums, int target) {
unordered_map<int,int> record;
for(int i = 0 ; i < nums.size() ; i ++){
int complement = target - nums[i];
if(record.find(complement) != record.end()){
int res[] = {i, record[complement]};
return vector<int>(res, res + 2);
}
record[nums[i]] = i;
}
}
};
```
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# LeetCode 第 101 号问题:对称二叉树
> 本文首发于公众号「五分钟学算法」,是[图解 LeetCode ](<https://github.com/MisterBooo/LeetCodeAnimation>)系列文章之一。
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题目来源于 LeetCode 第 101 号问题:对称二叉树。
### 题目描述
给定一个二叉树,检查它是否是镜像对称的。
例如,二叉树 `[1,2,2,3,4,4,3]` 是对称的。
```
1
/ \
2 2
/ \ / \
3 4 4 3
```
### 题目解析
用递归做比较简单:一棵树是对称的**等价**于它的左子树和右子树两棵树是对称的,问题就转变为判断两棵树是否对称。
### 代码实现
```java
class Solution {
public boolean isSymmetric(TreeNode root) {
if(root == null) return true;
//把问题变成判断两棵树是否是对称的
return isSym(root.left, root.right);
}
//判断的是根节点为r1和r2的两棵树是否是对称的
public boolean isSym(TreeNode r1, TreeNode r2){
if(r1 == null && r2 == null) return true;
if(r1 == null || r2 == null) return false;
//这两棵树是对称需要满足的条件:
//1.俩根节点相等。 2.树1的左子树和树2的右子树,树2的左子树和树1的右子树都得是对称的
return r1.val == r2.val && isSym(r1.left, r2.right)
&& isSym(r1.right, r2.left);
}
}
```
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# LeetCode 第 102 号问题:二叉树的层序遍历
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题目来源于 LeetCode 上第 102 号问题:二叉树的层序遍历。题目难度为 Medium,目前通过率为 55.8% 。
### 题目描述
给定一个二叉树,返回其按层次遍历的节点值。 (即逐层地,从左到右访问所有节点)。
例如:
给定二叉树: `[3,9,20,null,null,15,7]`,
```
3
/ \
9 20
/ \
15 7
```
返回其层次遍历结果:
```
[
[3],
[9,20],
[15,7]
]
```
### 题目解析
该问题需要用到**队列**
- 建立一个queue
- 先把根节点放进去,这时候找根节点的左右两个子节点
- 去掉根节点,此时queue里的元素就是下一层的所有节点
- 用for循环遍历,将结果存到一个一维向量里
- 遍历完之后再把这个一维向量存到二维向量里
- 以此类推,可以完成层序遍历
### 动画描述
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/20181112084159.gif)
### 代码实现
```
/// BFS
/// Time Complexity: O(n), where n is the number of nodes in the tree
/// Space Complexity: O(n)
class Solution {
public:
vector<vector<int>> levelOrder(TreeNode* root) {
vector<vector<int>> res;
if(root == NULL)
return res;
queue<pair<TreeNode*,int>> q;
q.push(make_pair(root, 0));
while(!q.empty()){
TreeNode* node = q.front().first;
int level = q.front().second;
q.pop();
if(level == res.size())
res.push_back(vector<int>());
assert( level < res.size() );
res[level].push_back(node->val);
if(node->left)
q.push(make_pair(node->left, level + 1 ));
if(node->right)
q.push(make_pair(node->right, level + 1 ));
}
return res;
}
};
```
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/blog/fz0rq.png)
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# LeetCode 第 103 号问题:二叉树的锯齿形层次遍历
> 本文首发于公众号「五分钟学算法」,是[图解 LeetCode ](<https://github.com/MisterBooo/LeetCodeAnimation>)系列文章之一。
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> 个人网站:[https://www.cxyxiaowu.com](https://www.cxyxiaowu.com)
题目来源于 LeetCode 上第 103 号问题:二叉树的锯齿形层次遍历。题目难度为 Medium,目前通过率为 43.8% 。
### 题目描述
给定一个二叉树,返回其节点值的锯齿形层次遍历。(即先从左往右,再从右往左进行下一层遍历,以此类推,层与层之间交替进行)。
例如:
给定二叉树 `[3,9,20,null,null,15,7]`,
```
3
/ \
9 20
/ \
15 7
```
返回锯齿形层次遍历如下:
```
[
[3],
[20,9],
[15,7]
]
```
### 题目解析
该问题需要用到**队列**,与之前的[二叉树的层次遍历](https://xiaozhuanlan.com/topic/8579460312)类似,不同点在于在偶数层需要翻转一下。
- 建立一个queue
- 先把根节点放进去,这时候找根节点的左右两个子节点
- 去掉根节点,此时queue里的元素就是下一层的所有节点
- 循环遍历,将结果存到一个一维向量里
- 遍历完之后再把这个一维向量存到二维向量里
- 如果该层为偶数层,则reverse翻转一下
- 以此类推,可以完成层序遍历
### 动画描述
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/20190502103236.gif)
### 代码实现
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/20190502103307.png)
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/blog/fz0rq.png)
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# LeetCode 第 107 号问题:二叉树的层次遍历 II
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题目来源于 LeetCode 上第 107 号问题:二叉树的层次遍历 II。题目难度为 Easy,目前通过率为 55.8% 。
### 题目描述
给定一个二叉树,返回其节点值自底向上的层次遍历。 (即按从叶子节点所在层到根节点所在的层,逐层从左向右遍历)
例如:
给定二叉树 `[3,9,20,null,null,15,7]`,
```
3
/ \
9 20
/ \
15 7
```
返回其自底向上的层次遍历为:
```
[
[15,7],
[9,20],
[3]
]
```
### 题目解析
该问题需要用到**队列**,解法与上篇[每天一算:Binary Tree Level Order Traversal](https://xiaozhuanlan.com/topic/8579460312)类似,区别在于最后存储方式的不同。
- 建立一个 queue
- 先把根节点放进去,这时候找根节点的左右两个子节点
- 去掉根节点,此时queue里的元素就是下一层的所有节点
- 用 for 循环遍历,将结果存到一个一维向量里
- 遍历完之后再把这个一维向量**插入**到二维向量里
- 以此类推,可以完成层序遍历
### 动画描述
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/20181112203355.gif)
### 代码实现
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/20181112203645.png)
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/blog/fz0rq.png)
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# LeetCode 第 110 号问题:平衡二叉树
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题目来源于 LeetCode 上第 110 号问题:平衡二叉树。
### 题目描述
给定一个二叉树,判断它是否是高度平衡的二叉树。
### 题目解析
采取**后序遍历**的方式遍历二叉树的每一个结点。
在遍历到一个结点之前已经遍历了它的左右子树,那么只要在遍历每个结点的时候记录它的深度(某一结点的深度等于它到叶结点的路径的长度),就可以一边遍历一边判断每个结点是不是平衡的。
### 动画描述
待补充
### 代码实现
```java
class Solution {
private boolean isBalanced = true;
public boolean isBalanced(TreeNode root) {
getDepth(root);
return isBalanced;
}
public int getDepth(TreeNode root) {
if (root == null)
return 0;
int left = getDepth(root.left);
int right = getDepth(root.right);
if (Math.abs(left - right) > 1) {
isBalanced = false;
}
return right > left ? right + 1 : left + 1;
}
}
```
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/blog/fz0rq.png)
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# LeetCode 第 125 号问题:验证回文串
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题目来源于 LeetCode 第 125 号问题:验证回文串。这道题目是 **初级程序员** 在面试的时候经常遇到的一道算法题,而且面试官喜欢面试者手写!
### 题目描述
给定一个字符串,验证它是否是回文串,只考虑字母和数字字符,可以忽略字母的大小写。
**说明:**本题中,我们将空字符串定义为有效的回文串。
**示例 1:**
```
输入: "A man, a plan, a canal: Panama"
输出: true
```
**示例 2:**
```
输入: "race a car"
输出: false
```
### 题目解析
先理解一个概念:所谓回文,就是一个正读和反读都一样的字符串。
先假设是验证单词 `level` 是否是回文字符串,通过概念涉及到 正 与 反 ,那么很容易想到使用双指针,从字符的开头和结尾处开始遍历整个字符串,相同则继续向前寻找,不同则直接返回 false。
而这里与单独验证一个单词是否是回文字符串有所区别的是加入了 空格 与 非字母数字的字符,但实际上的做法一样的:
一开始先建立两个指针,left 和 right , 让它们分别从字符的开头和结尾处开始遍历整个字符串。
如果遇到非字母数字的字符就跳过,继续往下找,直到找到下一个字母数字或者结束遍历,如果遇到大写字母,就将其转为小写。
当左右指针都找到字母数字时,可以进行比较的时候,比较这两个字符,如果相等,则两个指针向它们的前进方向挪动,然后继续比较下面两个分别找到的字母数字,若不相等,直接返回 false。
### 动画描述
![](<https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/blog/pvbiv.gif>)
### 代码实现
注:`isLetterOrDigit ` 方法确定指定的字符是否为字母或数字。
```java
class Solution {
public boolean isPalindrome(String s) {
if(s.length() == 0)
return true;
int l = 0, r = s.length() - 1;
while(l < r){
//确定指定的字符是否为字母或数字
if(!Character.isLetterOrDigit(s.charAt(l))){
l++;
}else if(!Character.isLetterOrDigit(s.charAt(r))){
r--;
}else{
if(Character.toLowerCase(s.charAt(l)) != Character.toLowerCase(s.charAt(r)))
return false;
l++;
r--;
}
}
return true;
}
}
```
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/blog/fz0rq.png)
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# LeetCode 第 131 号问题:分割回文串
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题目来源于 LeetCode 上第 131 号问题:分割回文串。题目难度为 Medium,目前通过率为 45.8% 。
### 题目描述
给定一个字符串 *s*,将 *s* 分割成一些子串,使每个子串都是回文串。
返回 *s* 所有可能的分割方案。
**示例:**
```yaml
输入: "aab"
输出:
[
["aa","b"],
["a","a","b"]
]
```
###
### 题目解析
首先,对于一个字符串的分割,肯定需要将所有分割情况都遍历完毕才能判断是不是回文数。不能因为 **abba** 是回文串,就认为它的所有子串都是回文的。
既然需要将所有的分割方法都找出来,那么肯定需要用到DFS(深度优先搜索)或者BFS(广度优先搜索)。
在分割的过程中对于每一个字符串而言都可以分为两部分:左边一个回文串加右边一个子串,比如 "abc" 可分为 "a" + "bc" 。 然后对"bc"分割仍然是同样的方法,分为"b"+"c"。
在处理的时候去优先寻找更短的回文串,然后回溯找稍微长一些的回文串分割方法,不断回溯,分割,直到找到所有的分割方法。
举个🌰:分割"aac"。
1. 分割为 a + ac
2. 分割为 a + a + c,分割后,得到一组结果,再回溯到 a + ac
3. a + ac 中 ac 不是回文串,继续回溯,回溯到 aac
4. 分割为稍长的回文串,分割为 aa + c 分割完成得到一组结果,再回溯到 aac
5. aac 不是回文串,搜索结束
### 动画描述
![](<https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/blog/4r4mw.gif>)
### 代码实现
```java
class Solution {
List<List<String>> res = new ArrayList<>();
public List<List<String>> partition(String s) {
if(s==null||s.length()==0)
return res;
dfs(s,new ArrayList<String>(),0);
return res;
}
public void dfs(String s,List<String> remain,int left){
if(left==s.length()){ //判断终止条件
res.add(new ArrayList<String>(remain)); //添加到结果中
return;
}
for(int right=left;right<s.length();right++){ //从left开始,依次判断left->right是不是回文串
if(isPalindroom(s,left,right)){ //判断是否是回文串
remain.add(s.substring(left,right+1)); //添加到当前回文串到list中
dfs(s,remain,right+1); //从right+1开始继续递归,寻找回文串
remain.remove(remain.size()-1); //回溯,从而寻找更长的回文串
}
}
}
/**
* 判断是否是回文串
*/
public boolean isPalindroom(String s,int left,int right){
while(left<right&&s.charAt(left)==s.charAt(right)){
left++;
right--;
}
return left>=right;
}
}
```
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/blog/fz0rq.png)
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# LeetCode 第 136 号问题:只出现一次的数字
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题目来源于 LeetCode 上第 136 号问题:只出现一次的数字。题目难度为 Easy,目前通过率为 66.8% 。
### 题目描述
给定一个**非空**整数数组,除了某个元素只出现一次以外,其余每个元素均出现两次。找出那个只出现了一次的元素。
**说明:**
你的算法应该具有线性时间复杂度。 你可以不使用额外空间来实现吗?
**示例 1:**
```
输入: [2,2,1]
输出: 1
```
**示例 2:**
```
输入: [4,1,2,1,2]
输出: 4
```
### 题目解析
根据题目描述,由于加上了时间复杂度必须是 O(n) ,并且空间复杂度为 O(1) 的条件,因此不能用排序方法,也不能使用 map 数据结构。
程序员小吴想了一下午没想出来,答案是使用 **位操作Bit Operation** 来解此题。
将所有元素做异或运算,即a[1] ⊕ a[2] ⊕ a[3] ⊕ …⊕ a[n],所得的结果就是那个只出现一次的数字,时间复杂度为O(n)。
### 异或
异或运算A ⊕ B的真值表如下:
| A | B | ⊕ |
| :--- | :--: | ---: |
| F | F | F |
| F | T | T |
| T | F | T |
| T | T | F |
### 动画演示
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/20190115181920.gif)
### 进阶版
有一个 n 个元素的数组,除了两个数只出现一次外,其余元素都出现两次,让你找出这两个只出现一次的数分别是几,要求时间复杂度为 O(n) 且再开辟的内存空间固定(与 n 无关)。
#### 示例 :
输入: [1,2,2,1,3,4]
输出: [3,4]
### 题目再解析
根据前面找一个不同数的思路算法,在这里把所有元素都异或,那么得到的结果就是那两个只出现一次的元素异或的结果。
然后,因为这两个只出现一次的元素一定是不相同的,所以这两个元素的二进制形式肯定至少有某一位是不同的,即一个为 0 ,另一个为 1 ,现在需要找到这一位。
根据异或的性质 `任何一个数字异或它自己都等于 0 `,得到这个数字二进制形式中任意一个为 1 的位都是我们要找的那一位。
再然后,以这一位是 1 还是 0 为标准,将数组的 n 个元素分成两部分。
- 将这一位为 0 的所有元素做异或,得出的数就是只出现一次的数中的一个
- 将这一位为 1 的所有元素做异或,得出的数就是只出现一次的数中的另一个。
这样就解出题目。忽略寻找不同位的过程,总共遍历数组两次,时间复杂度为O(n)。
### 动画再演示
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/20190115190719.gif)
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/blog/fz0rq.png)
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# LeetCode 第 138 号问题:复制带随机指针的链表
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题目来源于 LeetCode 上第 138 号问题:复制带随机指针的链表。题目难度为 Medium,目前通过率为 40.5% 。
### 题目描述
给定一个链表,每个节点包含一个额外增加的随机指针,该指针可以指向链表中的任何节点或空节点。
要求返回这个链表的**深拷贝**
**示例:**
```
输入:
{"$id":"1","next":{"$id":"2","next":null,"random":{"$ref":"2"},"val":2},"random":{"$ref":"2"},"val":1}
解释:
节点 1 的值是 1,它的下一个指针和随机指针都指向节点 2 。
节点 2 的值是 2,它的下一个指针指向 null,随机指针指向它自己。
```
### 题目解析
1. 在原链表的每个节点后面拷贝出一个新的节点
2. 依次给新的节点的随机指针赋值,而且这个赋值非常容易 cur->next->random = cur->random->next
3. 断开链表可得到深度拷贝后的新链表
之所以说这个方法比较巧妙是因为相较于一般的解法(如使用 Hash map )来处理,上面这个解法 **不需要占用额外的空间**
### 动画描述
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/20190502092750.gif)
### 代码实现
我发现带指针的题目使用 C++ 版本更容易描述,所以下面的代码实现是 C++ 版本。
```c++
class Solution {
public:
RandomListNode *copyRandomList(RandomListNode *head) {
if (!head) return NULL;
RandomListNode *cur = head;
while (cur) {
RandomListNode *node = new RandomListNode(cur->label);
node->next = cur->next;
cur->next = node;
cur = node->next;
}
cur = head;
while (cur) {
if (cur->random) {
cur->next->random = cur->random->next;
}
cur = cur->next->next;
}
cur = head;
RandomListNode *res = head->next;
while (cur) {
RandomListNode *tmp = cur->next;
cur->next = tmp->next;
if(tmp->next) tmp->next = tmp->next->next;
cur = cur->next;
}
return res;
}
};
```
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# LeetCode 第 139 号问题:单词拆分
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题目来源于 LeetCode 上第 139 号问题:单词拆分。
### 题目描述
给定一个**非空**字符串 *s* 和一个包含**非空**单词列表的字典 *wordDict*,判定 *s* 是否可以被空格拆分为一个或多个在字典中出现的单词。
**说明:**
- 拆分时可以重复使用字典中的单词。
- 你可以假设字典中没有重复的单词。
### 题目解析
**分割回文串** 有些类似,都是拆分,但是如果此题采取 深度优先搜索 的方法来解决的话,答案是超时的,不信的同学可以试一下~
为什么会超时呢?
因为使用 深度优先搜索 会重复的计算了有些位的可拆分情况,这种情况的优化肯定是需要 动态规划 来处理的。
如果不知道动态规划的,可以看一下小吴之前的万字长文,比较详细的介绍了动态规划的概念。
在这里,只需要去定义一个数组 boolean[] memo,其中第 i 位 memo[i] 表示待拆分字符串从第 0 位到第 i-1 位是否可以被成功地拆分。
然后分别计算每一位是否可以被成功地拆分。
### 动画描述
暂无~
### 代码实现
```java
class Solution {
public boolean wordBreak(String s, List<String> wordDict) {
int n = s.length();
int max_length=0;
for(String temp:wordDict){
max_length = temp.length() > max_length ? temp.length() : max_length;
}
// memo[i] 表示 s 中以 i - 1 结尾的字符串是否可被 wordDict 拆分
boolean[] memo = new boolean[n + 1];
memo[0] = true;
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int j = i-1; j >= 0 && max_length >= i - j; j--) {
if (memo[j] && wordDict.contains(s.substring(j, i))) {
memo[i] = true;
break;
}
}
}
return memo[n];
}
}
```
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# LeetCode 第 144 号问题:二叉树的前序遍历
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题目来源于 LeetCode 上第 144 号问题:二叉树的前序遍历。题目难度为 Medium,目前通过率为 59.8% 。
### 题目描述
给定一个二叉树,返回它的 *前序* 遍历。
**示例:**
```
输入: [1,null,2,3]
1
\
2
/
3
输出: [1,2,3]
```
**进阶:** 递归算法很简单,你可以通过迭代算法完成吗?
### 题目解析
**栈(Stack)**的思路来处理问题。
前序遍历的顺序为**根-左-右**,具体算法为:
- 把根节点 push 到栈中
- 循环检测栈是否为空,若不空,则取出栈顶元素,保存其值
- 看其右子节点是否存在,若存在则 push 到栈中
- 看其左子节点,若存在,则 push 到栈中。
### 动画描述
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/20190502105303.gif)
### 代码实现
```
class Solution {
public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) {
//非递归前序遍历,需要借助栈
Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
List<Integer> list = new LinkedList<>();
//当树为空树时,直接返回一个空list
if(root == null){
return list;
}
//第一步是将根节点压入栈中
stack.push(root);
//当栈不为空时,出栈的元素插入list尾部。
//当它的孩子不为空时,将孩子压入栈,一定是先压右孩子再压左孩子
while(!stack.isEmpty()){
//此处的root只是一个变量的复用
root = stack.pop();
list.add(root.val);
if(root.right != null) stack.push(root.right);
if(root.left != null) stack.push(root.left);
}
return list;
}
}
```
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# LeetCode 第 145 号问题:二叉树的后序遍历
> 本文首发于公众号「五分钟学算法」,是[图解 LeetCode ](<https://github.com/MisterBooo/LeetCodeAnimation>)系列文章之一。
>
> 个人网站:[https://www.cxyxiaowu.com](https://www.cxyxiaowu.com)
题目来源于 LeetCode 上第 145 号问题:二叉树的后序遍历。题目难度为 Hard,目前通过率为 25.8% 。
### 题目描述
给定一个二叉树,返回它的 *后序* 遍历。
**示例:**
```
输入: [1,null,2,3]
1
\
2
/
3
输出: [3,2,1]
```
**进阶:** 递归算法很简单,你可以通过迭代算法完成吗?
### 题目解析
**栈(Stack)**的思路来处理问题。
后序遍历的顺序为**左-右-根**,具体算法为:
- 先将根结点压入栈,然后定义一个辅助结点 head
- while 循环的条件是栈不为空
- 在循环中,首先将栈顶结点t取出来
- 如果栈顶结点没有左右子结点,或者其左子结点是 head,或者其右子结点是 head 的情况下。我们将栈顶结点值加入结果 res 中,并将栈顶元素移出栈,然后将 head 指向栈顶元素
- 否则的话就看如果右子结点不为空,将其加入栈
- 再看左子结点不为空的话,就加入栈
### 动画描述
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### 代码实现
```
public class Solution {
public List<Integer> postorderTraversal(TreeNode root) {
List<Integer> res = new ArrayList<Integer>();
if(root == null)
return res;
Stack<TreeNode> stack = new Stack<TreeNode>();
stack.push(root);
while(!stack.isEmpty()){
TreeNode node = stack.pop();
if(node.left != null) stack.push(node.left);//和传统先序遍历不一样,先将左结点入栈
if(node.right != null) stack.push(node.right);//后将右结点入栈
res.add(0,node.val); //逆序添加结点值
}
return res;
}
}
```
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# LeetCode 第 146 号问题:LRU缓存机制
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题目来源于 LeetCode 上第 146 号问题:LRU缓存机制。题目难度为 Hard,目前通过率为 15.8% 。
### 题目描述
运用你所掌握的数据结构,设计和实现一个 [LRU (最近最少使用) 缓存机制](https://baike.baidu.com/item/LRU)。它应该支持以下操作: 获取数据 `get` 和 写入数据 `put`
获取数据 `get(key)` - 如果密钥 (key) 存在于缓存中,则获取密钥的值(总是正数),否则返回 -1。
写入数据 `put(key, value)` - 如果密钥不存在,则写入其数据值。当缓存容量达到上限时,它应该在写入新数据之前删除最近最少使用的数据值,从而为新的数据值留出空间。
**进阶:**
你是否可以在 **O(1)** 时间复杂度内完成这两种操作?
**示例:**
```
LRUCache cache = new LRUCache( 2 /* 缓存容量 */ );
cache.put(1, 1);
cache.put(2, 2);
cache.get(1); // 返回 1
cache.put(3, 3); // 该操作会使得密钥 2 作废
cache.get(2); // 返回 -1 (未找到)
cache.put(4, 4); // 该操作会使得密钥 1 作废
cache.get(1); // 返回 -1 (未找到)
cache.get(3); // 返回 3
cache.get(4); // 返回 4
```
### 题目解析
这道题是让我们实现一个 LRU 缓存器,LRU是Least Recently Used的简写,就是最近最少使用的意思。
这个缓存器主要有两个成员函数,get和put。
其中 get 函数是通过输入 key 来获得 value,如果成功获得后,这对 (key, value) 升至缓存器中最常用的位置(顶部),如果 key 不存在,则返回 -1 。
而 put 函数是插入一对新的 (key, value),如果原缓存器中有该 key,则需要先删除掉原有的,将新的插入到缓存器的顶部。如果不存在,则直接插入到顶部。
若加入新的值后缓存器超过了容量,则需要删掉一个最不常用的值,也就是底部的值。
具体实现时我们需要三个私有变量,cap , l 和 m,其中 cap 是缓存器的容量大小,l 是保存缓存器内容的列表,m 是 HashMap,保存关键值 key 和缓存器各项的迭代器之间映射,方便我们以 O(1) 的时间内找到目标项。
然后我们再来看 get 和 put 如何实现。
其中,get 相对简单些,我们在 m 中查找给定的key,若不存在直接返回 -1;如果存在则将此项移到顶部。
对于 put ,我们也是现在 m 中查找给定的 key,如果存在就删掉原有项,并在顶部插入新来项,然后判断是否溢出,若溢出则删掉底部项(最不常用项)。
### 动画描述
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### 代码实现
```c++
class LRUCache{
public:
LRUCache(int capacity) {
cap = capacity;
}
int get(int key) {
auto it = m.find(key);
if (it == m.end()) return -1;
l.splice(l.begin(), l, it->second);
return it->second->second;
}
void put(int key, int value) {
auto it = m.find(key);
if (it != m.end()) l.erase(it->second);
l.push_front(make_pair(key, value));
m[key] = l.begin();
if (m.size() > cap) {
int k = l.rbegin()->first;
l.pop_back();
m.erase(k);
}
}
private:
int cap;
list<pair<int, int>> l;
unordered_map<int, list<pair<int, int>>::iterator> m;
};
```
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# LeetCode 第 15 号问题:三数之和
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题目来源于 LeetCode 上第 15 号问题:三数之和。
### 题目描述
给定一个包含 *n* 个整数的数组 `nums`,判断 `nums` 中是否存在三个元素 *a,b,c ,*使得 *a + b + c =* 0 ?找出所有满足条件且不重复的三元组。
### 题目解析
题目需要我们找出三个数且和为 0 ,那么除了三个数全是 0 的情况之外,肯定会有负数和正数,所以一开始可以先选择一个数,然后再去找另外两个数,这样只要找到两个数且和为第一个选择的数的相反数就行了。也就是说需要枚举 a 和 b ,将 c 的存入 map 即可。
需要注意的是返回的结果中,不能有有重复的结果。这样的代码时间复杂度是 O(n^2)。在这里可以先将原数组进行排序,然后再遍历排序后的数组,这样就可以使用双指针以线性时间复杂度来遍历所有满足题意的两个数组合。
### 动画描述
待补充
### 代码实现
###
```c++
class Solution {
public:
vector<vector<int>> threeSum(vector<int>& nums) {
vector<vector<int>> res;
sort(nums.begin(), nums.end());
if (nums.empty() || nums.back() < 0 || nums.front() > 0) return {};
for (int k = 0; k < nums.size(); ++k) {
if (nums[k] > 0) break;
if (k > 0 && nums[k] == nums[k - 1]) continue;
int target = 0 - nums[k];
int i = k + 1, j = nums.size() - 1;
while (i < j) {
if (nums[i] + nums[j] == target) {
res.push_back({nums[k], nums[i], nums[j]});
while (i < j && nums[i] == nums[i + 1]) ++i;
while (i < j && nums[j] == nums[j - 1]) --j;
++i; --j;
} else if (nums[i] + nums[j] < target) ++i;
else --j;
}
}
return res;
}
};
```
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# LeetCode 第 150 号问题:逆波兰表达式求值
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题目来源于 LeetCode 上第 150 号问题:逆波兰表达式求值。题目难度为 Medium,目前通过率为 43.7% 。
### 题目描述
根据[逆波兰表示法](https://baike.baidu.com/item/%E9%80%86%E6%B3%A2%E5%85%B0%E5%BC%8F/128437),求表达式的值。
有效的运算符包括 `+`, `-`, `*`, `/` 。每个运算对象可以是整数,也可以是另一个逆波兰表达式。
**说明:**
- 整数除法只保留整数部分。
- 给定逆波兰表达式总是有效的。换句话说,表达式总会得出有效数值且不存在除数为 0 的情况。
**示例 1:**
```
输入: ["2", "1", "+", "3", "*"]
输出: 9
解释: ((2 + 1) * 3) = 9
```
**示例 2:**
```
输入: ["4", "13", "5", "/", "+"]
输出: 6
解释: (4 + (13 / 5)) = 6
```
**示例 3:**
```
输入: ["10", "6", "9", "3", "+", "-11", "*", "/", "*", "17", "+", "5", "+"]
输出: 22
解释:
((10 * (6 / ((9 + 3) * -11))) + 17) + 5
= ((10 * (6 / (12 * -11))) + 17) + 5
= ((10 * (6 / -132)) + 17) + 5
= ((10 * 0) + 17) + 5
= (0 + 17) + 5
= 17 + 5
= 22
```
### 题目解析
用数据结构`栈`来解决这个问题。
- 从前往后遍历数组
- 遇到数字则压入栈中
- 遇到符号,则把栈顶的两个数字拿出来运算,把结果再压入栈中
- 遍历完整个数组,栈顶数字即为最终答案
### 动画描述
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### 代码实现
```
class Solution {
public:
int evalRPN(vector<string>& tokens) {
stack<int> nums;
stack<char> ops;
for(const string& s: tokens){
if(s == "+" || s == "-" || s == "*" || s == "/"){
int a = nums.top();
nums.pop();
int b = nums.top();
nums.pop();
if(s == "+"){
nums.push(b + a);
}else if(s == "-"){
nums.push(b - a);
} else if(s == "*"){
nums.push(b * a);
}else if(s == "/"){
nums.push(b / a);
}
}
else{
nums.push(atoi(s.c_str()));
}
}
return nums.top();
}
};
```
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# LeetCode 第 167 号问题:两数之和 II - 输入有序数组
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题目来源于 LeetCode 上第 167 号问题:两数之和 II - 输入有序数组。题目难度为 Easy,目前通过率为 48.2% 。
### 题目描述
给定一个已按照**升序排列** 的有序数组,找到两个数使得它们相加之和等于目标数。
函数应该返回这两个下标值 index1 和 index2,其中 index1 必须小于 index2*。*
**说明:**
- 返回的下标值(index1 和 index2)不是从零开始的。
- 你可以假设每个输入只对应唯一的答案,而且你不可以重复使用相同的元素。
**示例:**
```
输入: numbers = [2, 7, 11, 15], target = 9
输出: [1,2]
解释: 2 与 7 之和等于目标数 9 。因此 index1 = 1, index2 = 2 。
```
### 题目解析
初始化左指针 left 指向数组起始,初始化右指针 right 指向数组结尾。
根据**已排序**这个特性,
- (1)如果 numbers[left] 与 numbers[right] 的和 tmp 小于 target ,说明应该增加 tmp ,因此 left 右移指向一个较大的值。
- (2)如果 tmp大于 target ,说明应该减小 tmp ,因此 right 左移指向一个较小的值。
- (3)tmp 等于 target ,则找到,返回 left + 1 和 right + 1。(注意以 1 为起始下标)
### 动画描述
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### 代码实现
```
// 对撞指针
// 时间复杂度: O(n)
// 空间复杂度: O(1)
class Solution {
public:
vector<int> twoSum(vector<int>& numbers, int target) {
int l = 0, r = numbers.size() - 1;
while(l < r){
if(numbers[l] + numbers[r] == target){
int res[2] = {l+1, r+1};
return vector<int>(res, res+2);
}
else if(numbers[l] + numbers[r] < target)
l ++;
else // numbers[l] + numbers[r] > target
r --;
}
}
```
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# LeetCode 第 187 号问题:重复的 DNA 序列
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> 个人网站:[https://www.cxyxiaowu.com](https://www.cxyxiaowu.com)
题目来源于 LeetCode 上第 187 号问题:重复的 DNA 序列。
### 题目描述
所有 DNA 由一系列缩写为 A,C,G 和 T 的核苷酸组成,例如:“ACGAATTCCG”。在研究 DNA 时,识别 DNA 中的重复序列有时会对研究非常有帮助。
编写一个函数来查找 DNA 分子中所有出现超过一次的 10 个字母长的序列(子串)。
### 题目解析
首先,先将 A , C , G , T 的 ASCII 码用二进制来表示:
A: 0100 0**001**  C: 0100 0**011**  G: 0100 0**111**  T: 0101 0**100**
通过观察发现每个字符的后三位都不相同,因此可以用**末尾的三位**来区分这四个字符。
题目要求是查找 10 个字母长的序列,这里我们将每个字符用三位来区分的话,10 个字符就需要 30 位 ,在32位机上也 OK 。
为了提取出后 30 位,需要使用 **mask** ,取值为 0x7ffffff(二进制表示含有 27 个 1) ,先用此 mask 可取出**整个序列**的后 27 位,然后再向左平移三位可取出 10 个字母长的序列 ( 30 位)。
为了保存子串的频率,这里使用**哈希表**
首先当取出第十个字符时,将其存在哈希表里,和该字符串出现频率映射,之后每向左移三位替换一个字符,查找新字符串在哈希表里出现次数,如果之前刚好出现过一次,则将当前字符串存入返回值的数组并将其出现次数加一,如果从未出现过,则将其映射到 1。
###
### 动画描述
待补充
### 代码实现
```c++
class Solution {
public:
vector<string> findRepeatedDnaSequences(string s) {
vector<string> res;
if (s.size() <= 10) return res;
int mask = 0x7ffffff, cur = 0;
unordered_map<int, int> m;
for (int i = 0; i < 9; ++i) {
cur = (cur << 3) | (s[i] & 7);
}
for (int i = 9; i < s.size(); ++i) {
cur = ((cur & mask) << 3) | (s[i] & 7);
if (m.count(cur)) {
if (m[cur] == 1) res.push_back(s.substr(i - 9, 10));
++m[cur];
} else {
m[cur] = 1;
}
}
return res;
}
};
```
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# LeetCode 第 19 号问题:删除链表的倒数第 N 个节点
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题目来源于 LeetCode 上第 19 号问题:删除链表的倒数第 N 个节点。题目难度为 Medium,目前通过率为 34.4% 。
### 题目描述
给定一个链表,删除链表的倒数第 *n* 个节点,并且返回链表的头结点。
**示例:**
```
给定一个链表: 1->2->3->4->5, 和 n = 2.
当删除了倒数第二个节点后,链表变为 1->2->3->5.
```
**说明:**
给定的 *n* 保证是有效的。
**进阶:**
你能尝试使用一趟扫描实现吗?
### 题目解析
采取双重遍历肯定是可以解决问题的,但题目要求我们一次遍历解决问题,那我们的思路得发散一下。
我们可以设想假设设定了双指针`p``q`的话,当`q`指向末尾的`NULL``p``q`之间相隔的元素个数为`n`时,那么删除掉`p`的下一个指针就完成了要求。
- 设置虚拟节点`dummyHead`指向`head`
- 设定双指针`p``q`,初始都指向虚拟节点`dummyHead`
- 移动`q`,直到`p``q`之间相隔的元素个数为`n`
- 同时移动`p``q`,直到`q`指向的为`NULL`
-`p`的下一个节点指向下下个节点
### 动画描述
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/20181106162853.gif)
### 代码实现
```
class Solution {
public:
ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) {
ListNode* dummyHead = new ListNode(0);
dummyHead->next = head;
ListNode* p = dummyHead;
ListNode* q = dummyHead;
for( int i = 0 ; i < n + 1 ; i ++ ){
q = q->next;
}
while(q){
p = p->next;
q = q->next;
}
ListNode* delNode = p->next;
p->next = delNode->next;
delete delNode;
ListNode* retNode = dummyHead->next;
delete dummyHead;
return retNode;
}
};
```
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/blog/fz0rq.png)
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# LeetCode 第 199 号问题:二叉树的右视图
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题目来源于 LeetCode 上第 199 号问题:二叉树的右视图。题目难度为 Medium,目前通过率为 57.5% 。
### 题目描述
给定一棵二叉树,想象自己站在它的右侧,按照从顶部到底部的顺序,返回从右侧所能看到的节点值。
**示例:**
```
输入: [1,2,3,null,5,null,4]
输出: [1, 3, 4]
解释:
1 <---
/ \
2 3 <---
\ \
5 4 <---
```
### 题目解析
与之前[二叉树的层次遍历](https://xiaozhuanlan.com/topic/8579460312)类似的,该问题需要用到**队列**,
- 建立一个 queue
- 遍历每层的节点时,把下一层的节点都存入到 queue 中
- 每当开始新一层节点的遍历之前,先把新一层最后一个节点值存到结果中
### 动画描述
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/20181115113908.gif)
### 代码实现
```
class Solution {
public:
vector<int> rightSideView(TreeNode *root) {
vector<int> res;
if (!root) return res;
queue<TreeNode*> q;
q.push(root);
while (!q.empty()) {
res.push_back(q.back()->val);
int size = q.size();
for (int i = 0; i < size; ++i) {
TreeNode *node = q.front();
q.pop();
if (node->left) q.push(node->left);
if (node->right) q.push(node->right);
}
}
return res;
}
};
```
![](https://bucket-1257126549.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/blog/fz0rq.png)
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