前缀和(6)_和可被k整除的子数组

前缀和(6)_和可被k整除的子数组_蓝桥杯

news2024/11/30 0:44:05

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前缀和(6)_和可被k整除的子数组

收录于专栏【经典算法练习】
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1. 题目链接 :

2. 题目描述 :

3. 解法(一维前缀和) :

题目需要的前置知识:

算法思路 :

示例说明

代码展示 :

结果分析 :

1. 题目链接 :

OJ链接: 和可被k整除的子数组

2. 题目描述 :

给定一个整数数组 nums 和一个整数 k ，返回其中元素之和可被 k 整除的非空 子数组 的数目。

子数组 是数组中连续的部分。

示例 1：

输入：nums = [4,5,0,-2,-3,1], k = 5
输出：7
解释：
有 7 个子数组满足其元素之和可被 k = 5 整除：
[4, 5, 0, -2, -3, 1], [5], [5, 0], [5, 0, -2, -3], [0], [0, -2, -3], [-2, -3]

示例 2:

输入: nums = [5], k = 9
输出: 0

提示:

1 <= nums.length <= 3 * 104
-104 <= nums[i] <= 104
2 <= k <= 104

3. 解法(一维前缀和) :

题目需要的前置知识:

同余定理:

如果(a - b) % n == 0, 那么我们就可以得到一个结论: a % n == b % n.用文字叙述就是,如果两个数相减的差能被n整除,那么这两个数取模的结果相同.

例如: (26 - 2) % 12 == 0,那么26 % 12 == 2 % 12.

C++中关于取模的结果,以及如何修正[负数取模]的结果

a. C++中关于负数的取模运算,结果是[把负数当成正数,取模之后的结果加上一个负号].

例如: -1 % 3 = -(1 % 3) = -1

b. 因为有负数,为了防止[出现负数]的结果,以(a % n + n) % n的形式输出保证为正.

例如: -1 % 3 = (-1 % 3 + 3) % 3 = 2;

算法思路 :

设i为数组中的任意位置,用sum[i]表示[0,i]区间内所有元素的和.

想知道有多少个[以i为结尾的可被k整除的子数组], 就要找到有多少个起始位置为x1,x2,x3......使得[x,i]区间内的所有元素的和可被k整除

设[0,x-1]区间内所有元素之和等于a,[0,i]区间内所有元素的和等于b,可得(b - a) % k == 0

由同余定理可得,[0,x - 1]区间与[0,i]区间内的前缀和同余.于是问题就变成:

找到在[0,i - 1]区间内,有多少前缀和的余数等于sum[i] % k的即可.

我们不需要真的初始化一个前缀和数组,因为我们只关心i位置之前,有多少个前缀和等于sum[i] - k.因此,我们仅需用一个哈希表,一边求当前位置的前缀和,一边存下之前每一种前缀和出现的次数.

示例说明

假设 nums = [4, 5, 0, -2, -3, 1]，k = 5。

初始状态：dp = {0: 1}, sum = 0, ret = 0
逐步计算：
- 加 4：sum = 4, r = 4, 更新 dp = {0: 1, 4: 1}
- 加 5：sum = 9, r = 4, ret += 1 (从 0 到 5)，更新 dp = {0: 1, 4: 2}
- 加 0：sum = 9, r = 4, ret += 2 (从 0 到 5 和 4 到 5)，更新 dp = {0: 1, 4: 3}
- 加 -2：sum = 7, r = 2, 更新 dp = {0: 1, 4: 3, 2: 1}
- 加 -3：sum = 4, r = 4, ret += 3, 更新 dp = {0: 1, 4: 4, 2: 1}
- 加 1：sum = 5, r = 0, ret += 1, 更新 dp = {0: 2, 4: 4, 2: 1}

最后 ret 的值为 4，表示总共有 4 个子数组的和是 k 的倍数。

也就是说:我们在一段区间sum中,找到有多少个前缀和余数使得(sum % k + k) % k

因为(sum - 前缀和) % k 需要 == 0,根据同余定理,sum % k == 前缀和 % k

代码展示 :

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

初始化：

unordered_map<int, int> dp(nums.size());
dp[0] = 1;
int ret = 0, sum = 0;

创建一个哈希表 dp 用于存储不同余数的出现次数。
初始化 dp[0] = 1，表示初始状态（和为0的情况）。
ret 用于存储结果（符合条件的子数组个数）。
sum 用于存储当前遍历的前缀和。

遍历数组：

for (int i = 0; i < nums.size(); i++)
{
    sum += nums[i];
    int r = (sum % k + k) % k;
    if (dp.count(r)) ret += dp[r];
    dp[r]++;
}

使用 for 循环遍历数组 nums，计算前缀和。
对于当前的前缀和 sum，计算其对k的余数r。使用(sum % k + k) % k 确保余数为非负值。这是因为在 C++ 中，负数取模可能会返回负值。
如果 dp 中存在该余数r，则表示有一些前缀和的组合可以与当前前缀和形成可被k 整除的子数组，因此将这些组合的数量加到 ret 中。
最后，更新 dp 中余数r 的出现次数。

返回结果：
返回结果 ret，即符合条件的子数组数量。

dp[0] 的初始值

初始状态：在代码的开头，我们将 dp[0] 初始化为 1，这意味着在开始时我们视为有一个和为 0 的“虚拟”子数组。这个初始化是为了帮助处理前缀和等于k 的倍数的情况。
有效子数组的统计：dp[0] 代表的是当前前缀和为 0 的子数组的出现次数。当我们在遍历过程中遇到新的前缀和，并且发现其余数为 0 时，就意味着从起始位置到当前的位置有一个有效的子数组。