前缀和(下)

news2024/11/9 1:53:48

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寻找数组的中心下标

题解:

代码:

进阶:

除自身之外数组的乘积

题解:

代码: 

和为K的子数组

题解:

代码:

和可被 K 整除的子数组

题解:

同余定理:

为什么需要修正负数取模?

代码: 

连续数组

代码:

 


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寻找数组的中心下标

724. 寻找数组的中心下标 - 力扣(LeetCode)icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/find-pivot-index/description/

题解:

运用前缀和就可以解决这个问题,注意在本题中,中心下标的左侧数之和、右侧数之和均不包括中心下标的数。

我们定义前缀和、后缀和数组,根据题目要求,对前缀和数组的最左端、后缀和数组的最右端初始化为0。

代码:

class Solution {
public:
    int pivotIndex(vector<int>& nums) {
        int n=nums.size();
        vector<int> f(n);//前缀和
        vector<int> g(n);//后缀和
        f[0]=g[n-1]=0;
        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;
    }
};

进阶:

除自身之外数组的乘积

238. 除自身以外数组的乘积 - 力扣(LeetCode)icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/product-of-array-except-self/description/

题解:

由于题目要求不用除法,所以我们不可以算出数组全部元素的乘积后再去除以 nums[ i ] 来得到答案。

在寻找数组的中心下标中,我们算出了 nums[ i ] 左侧和、右侧和,我们可以按照这个思路,算出 nums[ i ] 左侧乘积、右侧乘积,把左右两侧乘积相乘,就可以得到除自身之外数组的乘积。 

代码: 

class Solution {
public:
    vector<int> productExceptSelf(vector<int>& nums) {
        int n=nums.size();
        vector<int> f(n);//左侧乘积
        vector<int> g(n);//右侧乘积
        vector<int> ret(n);//返回值

        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];

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

和为K的子数组

560. 和为 K 的子数组 - 力扣(LeetCode)icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/subarray-sum-equals-k/description/

题解:

如下图,假设 k = 10,在给定的数组中,发现下标 2 ~ 5 的数组和 = k,而这一部分数组和,恰好为下标 0 ~ 5 的前缀和 - 下标 0  ~ 1 的前缀和(假设前缀和数组为 sum,则 K =  sum[ 5 ] - sum[ 1 ] ),所以我们可以用前缀和数组,快速得到和为 K 的子数组。

为了获得和为 K 的子数组的个数,我们可以在计算前缀和的同时,用哈希表记录每一个前缀和出现的次数。

比如 K =  sum[ 5 ] - sum[ 1 ] ,可以交换位置,变为 sum[ 5 ] - K = sum[ 1 ],由于记录了 sum[ 1 ] 出现的次数为 1 次,这样就可以得出当前和为 K 的子数组的个数为 1 个。

 由于我们用哈希表记录了每一个前缀和出现的个数,所以前缀和的计算可以不采用数组。

可能会出现以下情况:前缀和 sum - k == 0,但是哈希表中记录的前缀和并不存在 0,怎么处理?

 既然哈希表中不存在前缀和 0,那我们可以先放一个 0 进去,并把出现的次数设置为 1.

代码:

class Solution {
public:
    int subarraySum(vector<int>& nums, int k) {
        unordered_map<int,int> hash;
        int ret=0,sum=0;
        hash[0]=1;
        for(int i=0;i<nums.size();i++)
        {
            sum+=nums[i];
            if(hash.count(sum-k)) 
            {
                ret+=hash[sum-k];
            }
            hash[sum]++;
        }
        return ret;

    }
};

和可被 K 整除的子数组

974. 和可被 K 整除的子数组 - 力扣(LeetCode)icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/subarray-sums-divisible-by-k/description/

题解:

同余定理:

假设 a % k == b % k ,则 ( a - b ) % k = 0.

举个例子,假设 k = 5,23 % 5 = 13 % 5,则(23 - 23 )% 5 = 0.

我们可以运用同余定理来解决这道题:

和上一题的思路相似,我们用 i 遍历数组,计算出下标 0 ~ i 的前缀和 sum,用哈希表记录 sum % K 出现的次数,如果 sum % K 曾经出现过,则存在和可被 K 整除的子数组,返回值 += 次数。

以示例 1 为例,假设返回值为 ret,比如下标 0 ~ 1 的前缀和取模后为 4,而下标 0 的前缀和取模后也为 4 ,而在此之前取模后为 4 出现的次数为 1,根据同余定理,子数组 [ 5 ] 可以被 K 整除,ret += 1,同理,下标 0 ~ 2 的前缀和取模后为 4,而在此之前取模后为 4 出现的次数为 2 ,所以此时 ret+=2 ,分别为 [ 5 ] , [ 5 , 0 ] , [ 0 ] ;下标 0 ~ 4 的前缀和取模后为 4,而在此之前取模后为 4 出现的次数为 3,所以此时 ret += 3 ,和可被 K 整除的子数组有 6 个,分别为  [ 5 ] , [ 5 , 0 ] , [ 0 ], [ 0, -2 , -3 ] , [ -2 , -3 ] ,[ 5 , 0, -2 , -3 ] ,以此类推。

注意 0 也可以被 K 整除!

为什么需要修正负数取模?

我们观察下面的例子:

存在子数组 [ 2, 3, 4 ] 的和可以被 3 整除,但是这在前缀和中无法体现出来。

再举个例子:

1、 7 % 3 = 1 , ( -2 ) % 3 = -2 ,但 [ 7 - ( -2 ) ] % 3 = 0 ;

2、( - 2) % 3 = -2 , ( -5 ) % 3 = -2 ,[ -2 - ( -5 ) ] % 3 = 0 。

可以看出当 a、b 同正同负时, a % k == b % k ,可以推出 ( a - b ) % k = 0,可以推出和可被 K 整除的子数组,但 a、b一正一负时,就没办法推出

为了让同余定理在一正一负的情况下也可以成立,我们可以对负数取模进行修正,把取模后的结果修改为正数,这样 a、b 就都是正数:

 int r=(sum%k+k)%k;

 再回到一开始举的例子,通过修正取模后,就可以得到正确的结果:

代码: 

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

连续数组

525. 连续数组 - 力扣(LeetCode) 

 这道题用到的方法比较巧妙,利用了前缀和,

1、如果 nums[ i ] 为 0,则 sum += -1;

2、如果 nums[ i ] 为 1,则 sum += 1。

如果此时的前缀和 sum 在之前已经出现过了,假设上一次出现的下标为 j,说明 i 和 j 中间的这段数组的 0 和 1 的数量相等,只有相等了,才会相互抵消,前缀和才会再次变为 sum。

代码:

class Solution {
public:
    int findMaxLength(vector<int>& nums) {
        unordered_map<int,int> hash;
        hash[0]=-1;
        int ret=0;
        int sum=0;
        for(int i=0;i<nums.size();i++)
        {
            sum+=(nums[i]==0?-1:1);
            if(hash.count(sum)) ret=max(ret,i-hash[sum]);
            else hash[sum]=i;
        }
        return ret;
    }
};

 

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