前言

本专栏文章为本人AcWing算法基础课的学习笔记，课程地址在这。如有侵权，立即删除。

课前温习

一、单链表

邻接表：存储图和树

e数组存储每个结点的值，ne数组存储每个结点的指向的下一个结点。

• 数组模拟链表比较快，指针模拟会涉及到new操作，比较慢。

核心模板

//head存储链表头，e数组存储结点值，ne数组存储结点的next指针，idx表示当前用到了哪个结点
int head,e[N],ne[N],idx;
//初始化
void init(){
    head=-1;
    idx=0;
}
//在链表头插入一个数a
void insert(int a){
    e[idx]=a,ne[idx]=head,head=idx++;
}
//将头结点删除，需要保证头结点存在
void remove(){
    head=ne[head];
}

题目链接：826. 单链表

1.1题目描述

实现一个单链表，链表初始为空，支持三种操作：
向链表头插入一个数；
删除第 k 个插入的数后面的数；
在第 k 个插入的数后插入一个数。
现在要对该链表进行 M 次操作，进行完所有操作后，从头到尾输出整个链表。
注意:题目中第 k 个插入的数并不是指当前链表的第 k 个数。例如操作过程中一共插入了 n 个数，则按照插入的时间顺序，这 n 个数依次为：第 1 个插入的数，第 2 个插入的数，…第 n 个插入的数。

输入格式

第一行包含整数 M，表示操作次数。
接下来 M 行，每行包含一个操作命令，操作命令可能为以下几种：
H x，表示向链表头插入一个数 x。
D k，表示删除第 k 个插入的数后面的数（当 k 为 0 时，表示删除头结点）。
I k x，表示在第 k 个插入的数后面插入一个数 x（此操作中 k 均大于 0）。

输出格式

共一行，将整个链表从头到尾输出。

数据范围

1≤M≤100000
所有操作保证合法。

输入样例：

10
H 9
I 1 1
D 1
D 0
H 6
I 3 6
I 4 5
I 4 5
I 3 4
D 6

输出样例：

6 4 6 5

1.2思路分析

插入操作：

删除操作：

1.3代码实现

#include <iostream>
using namespace std;
const int N=100010;
//head表示头结点的下标
//e[i]表示结点i的值 
//ne[i]表示结点的next的指针（i的下一个点的下标）
//idx表示当前用到了哪个点（点的编号/下标） 
int head,e[N],ne[N],idx;
//初始化 
void init(){
	head=-1;
	idx=0;
}
//将x插到头结点
void add_to_head(int x){
	e[idx]=x;        //保存当前结点的值 
	ne[idx]=head;    //将新结点的next指针指向head 
	head=idx;        //将新结点更新为头结点 
	idx++;          
} 
//将x插到下标为k的点的后面 
void add(int k,int x){
	e[idx]=x;        //保存当前结点的值 
	ne[idx]=ne[k];   //将新结点的next指针指向下标为k的点的下一位结点 
	ne[k]=idx;       //将下标为k的结点的next指针指向新结点 
	idx++;
}
//将下标为k的点的后面的点删掉
void remove(int k){
     ne[k]=ne[ne[k]];   //将下标为k的结点的next指针指向下标为k的结点的下一位的下一位结点 
} 
int main(){
    int m;
    cin>>m;
    init();
    while(m--){
    	int k,x;
    	char op;
    	cin>>op;
    	if(op=='H'){
    		cin>>x;
    		add_to_head(x);
		}
		else if(op=='D'){
			cin>>k;
			if(!k) head=ne[head];   //如果删除的数是头结点，下标为0，需要先将头结点更新为头结点的下一位，否则将无法访问链表元素，造成内存泄漏
			remove(k-1);            //此处k代表第k个数，第k个数下标为k-1，下同 
		}
		else{
			cin>>k>>x;
			add(k-1,x);
		}
	}
		for(int i=head;i!=-1;i=ne[i]){
			cout<<e[i]<<" ";
		}
	return 0;
}

二、双链表

用于优化某些问题

核心模板

//e数组存储结点的值，l数组存储结点的左指针，r数组存储结点右指针，idx表示当前用到了哪个结点
int e[N],l[N],r[N],idx;
//初始化
void init(){
    //0是左端点，1是右端点
    r[0]=1,l[1]=0;    //0号点的右边是1号点，1号点的左边是0号点
    idx=2;
}
//在结点a的右边插入一个数x
void insert(int a,int x){
    e[idx]=x;
    l[idx]=a,r[idx]=r[a];
    l[r[a]]=idx,r[a]=idx++;
}
//删除结点a
void remove(int a){
    l[r[a]]=l[a];
    r[l[a]]=r[a];
}

//e[i]表示结点i的值 
//l[i]表示结点的左指针（i的上一个点的下标）
//r[i]表示结点的右指针（i的下一个点的下标）
//idx表示当前用到了哪个点（点的编号/下标） 
int e[N],l[N],r[N],idx;
//初始化 
void init(){
	//0表示左端点，1表示右端点
	r[0]=1,l[1]=0;  //0号点的右边是1号点，1号点的左边是0号点 
	idx=2;
}
//在下标为k的点的右边插入x 
void add(int k,int x){
	e[idx]=x;        //保存当前结点的值 
	r[idx]=r[k];   //将新结点的右指针指向原序列k的下一位结点 
	l[idx]=k;      //将新结点的左指针指向k 
	l[r[k]]=idx;   //将原序列k的下一位结点的左指针指向新结点 
	r[k]=idx;      //将k的右指针指向新结点 
}
//删除第k个点 
void remove(int k){
    r[l[k]]=r[k];   //将原序列k的前一个点的右指针指向k的右指针指向的值 
    l[r[k]]=l[k];   //将原序列k的下一个点的左指针指向k的左指针指向的值 
} 

题目链接：827. 双链表

2.1题目描述

实现一个双链表，双链表初始为空，支持 5 种操作：

1. 在最左侧插入一个数；
2. 在最右侧插入一个数；
3. 将第 k 个插入的数删除；
4. 在第 k 个插入的数左侧插入一个数;
5. 在第 k 个插入的数右侧插入一个数

现在要对该链表进行 M 次操作，进行完所有操作后，从左到右输出整个链表。
注意:题目中第 k 个插入的数并不是指当前链表的第 k 个数。例如操作过程中一共插入了 n 个数，则按照插入的时间顺序，这 n 个数依次为：第 1 个插入的数，第 2 个插入的数，…第 n 个插入的数。

输入格式

第一行包含整数 M，表示操作次数。
接下来 M 行，每行包含一个操作命令，操作命令可能为以下几种：

1. L x，表示在链表的最左端插入数 x。
2. R x，表示在链表的最右端插入数 x。
3. D k，表示将第 k 个插入的数删除。
4. IL k x，表示在第 k 个插入的数左侧插入一个数。
5. IR k x，表示在第 k 个插入的数右侧插入一个数。

输出格式

共一行，将整个链表从左到右输出。

数据范围

1≤M≤100000
所有操作保证合法。

输入样例：

10
R 7
D 1
L 3
IL 2 10
D 3
IL 2 7
L 8
R 9
IL 4 7
IR 2 2

输出样例：

8 7 7 3 2 9

2.2思路分析

初始化：

插入操作：

先更新原序列k的下一个结点左指针，再修改k的右指针。否则，若颠倒，因原本k的右指针指向的便是k的下一个结点，先修改k的右指针会导致k的右结点“丢失”，再进行下续操作将无意义。

若在k的左边插入结点，相当于在k的前一个结点的右边插入结点，所以只需实现右插入即可。

删除操作：

2.3代码实现

待更~

三、栈

先进后出

核心模板

//tt表示栈顶
int s[N],tt=0;
//向栈顶插入一个数
s[++tt]=x;
//从栈顶弹出一个元素
tt--;
//栈顶的值
s[tt];
//判断栈是否为空
if(tt>0){
    
}

题目链接：828. 模拟栈

3.1题目描述

实现一个栈，栈初始为空，支持四种操作：

1. push x – 向栈顶插入一个数 x；
2. pop – 从栈顶弹出一个数；
3. empty – 判断栈是否为空；
4. query – 查询栈顶元素。
   现在要对栈进行 M 个操作，其中的每个操作 3 和操作 4 都要输出相应的结果。

输入格式

第一行包含整数 M，表示操作次数。
接下来 M 行，每行包含一个操作命令，操作命令为 push x，pop，empty，query中的一种。

输出格式

对于每个 empty 和 query操作都要输出一个查询结果，每个结果占一行。
其中，empty 操作的查询结果为 YES 或 NO，query 操作的查询结果为一个整数，表示栈顶元素的值。

数据范围

1≤M≤100000,1≤x≤10⁹

所有操作保证合法。

输入样例：

10
push 5
query
push 6
pop
query
pop
empty
push 4
query
empty

输出样例：

5
5
YES
4
NO

3.2思路分析

利用数组进行模拟栈。

3.3代码实现

待更~

四、队列

先进先出

核心模板

普通队列

//在队尾插入元素，在队头弹出元素
//hh表示队头，tt表示队尾
int q[N],hh=0,tt=-1;
//向队尾插入一个数
q[++tt]=x;
//从队头弹出一个数
hh++;
//队头的值
q[hh];
//判断队列是否为空
if(hh<=tt){
    
}

循环队列

//hh表示队头，tt表示队尾的后一个位置
int q[N],hh=0,tt=0;
//向队尾插入一个数
q[tt++]=x;
if(tt==N) tt=0;
//从队头弹出一个数
hh++;
if(hh==N)  hh=0;
//队头的值
q[hh];
//判断队列是否为空
if(hh!=tt){
    
}

题目链接：829. 模拟队列

4.1题目描述

实现一个队列，队列初始为空，支持四种操作：

1. push x – 向队尾插入一个数 x；
2. pop – 从队头弹出一个数；
3. empty – 判断队列是否为空；
4. query – 查询队头元素。
   现在要对队列进行 M 个操作，其中的每个操作 3 和操作 4 都要输出相应的结果。

输入格式

第一行包含整数 M，表示操作次数。
接下来 M 行，每行包含一个操作命令，操作命令为 push x，pop，empty，query 中的一种。

输出格式

对于每个 empty 和 query操作都要输出一个查询结果，每个结果占一行。
其中，empty 操作的查询结果为 YES 或 NO，query 操作的查询结果为一个整数，表示队头元素的值。

数据范围

1≤M≤100000,1≤x≤10⁹,所有操作保证合法。

输入样例：

10
push 6
empty
query
pop
empty
push 3
push 4
pop
query
push 6

输出样例：

NO
6
YES
4

4.2思路分析

待更~

4.3代码实现

待更~

五、单调栈

核心模板

//常见模型：找出每个数左边离它最近的比它大/小的数
int tt=0;
for(int i=1;i<=n;i++){
    while(tt&check(s[tt],i))  tt--;
    s[++tt]=i;
}

题目链接：830. 单调栈

5.1题目描述

给定一个长度为 N 的整数数列，输出每个数左边第一个比它小的数，如果不存在则输出 −1。

输入格式

第一行包含整数 N，表示数列长度。
第二行包含 N 个整数，表示整数数列。

输出格式

共一行，包含 N 个整数，其中第 i 个数表示第 i 个数的左边第一个比它小的数，如果不存在则输出 −1。

数据范围

1≤N≤10⁵
1≤数列中元素≤10⁹

输入样例：

5
3 4 2 7 5

输出样例：

-1 3 -1 2 2

5.2思路分析

暴力求解：
每次i循环都将i前面的数入栈（从1到i-1元素入栈）

单调栈优化：
在暴力算法基础上，如果存在离目标值近的且小于目标值的x，且存在一个也离目标值近但是没有x离目标值近且没有x小的y，则可以去掉y（y不会被用到，因为x比y更优，将y出栈），使栈中元素为 单调上升 的序列。

5.3代码实现

#include <iostream>
#include <cstdio>
using namespace std;
const int N=100010;
int n;
int s[N],tt;
int main() {
	scanf("%d",&n); 
	for(int i=0;i<n;i++){
		int x;
		scanf("%d",&x);
		while(tt&&s[tt]>=x)  tt--; //如果当前元素比栈顶元素小且下标比栈顶元素大，说明当前元素比栈顶元素更优，弹出栈顶元素 ;注意是while
		if(tt){
			printf("%d ",s[tt]);
		}
		else{
			printf("-1 ");
		}
		s[++tt]=x;   //将当前元素入栈 
	}
    return 0;
}

六、单调队列

核心模板

//常见模型：找出滑动窗口中的最大值/最小值
int hh=0,tt=-1;
for(int i=0;i<n;i++){
    while(hh<=tt&&check_out(q[hh])) hh++;  //判断队头是否滑出窗口
    while(hh<=tt&&check(q[tt],i)) t--;
    q[++tt]=i;
}

题目链接：154. 滑动窗口

6.1题目描述

给定一个大小为 n≤10⁶ 的数组。
有一个大小为 k 的滑动窗口，它从数组的最左边移动到最右边。你只能在窗口中看到 k 个数字。
每次滑动窗口向右移动一个位置。
以下是一个例子：
该数组为 [1 3 -1 -3 5 3 6 7]，k 为 3。

你的任务是确定滑动窗口位于每个位置时，窗口中的最大值和最小值。

输入格式

输入包含两行。
第一行包含两个整数 n 和 k，分别代表数组长度和滑动窗口的长度。
第二行有 n 个整数，代表数组的具体数值。同行数据之间用空格隔开。

输出格式

输出包含两个。
第一行输出，从左至右，每个位置滑动窗口中的最小值。
第二行输出，从左至右，每个位置滑动窗口中的最大值。

输入样例：

8 3
1 3 -1 -3 5 3 6 7

输出样例：

-1 -3 -3 -3 3 3
3 3 5 5 6 7

6.2思路分析

最小值（用 队列 维护）：如果存在在窗口中存在最小值，而且在最小值位置之前存在比它大的数，则这些数一定不会作为答案输出，可以去掉，即使队列中的元素始终是 单调上升 的。
最大值求法类似。

6.3代码实现

#include <iostream>
using namespace std;
const int N=1000010;
int n,k;
int a[N],q[N]; //q[]模拟队列，存储下标 
int main() {
	cin>>n>>k;
	for(int i=0;i<n;i++){
		cin>>a[i];
	}
	//求最小值 
	int hh=0,tt=-1;
	for(int i=0;i<n;i++){
		//判断队头是否已经滑出窗口 
		if(hh<=tt&&i-k+1>q[hh]){
			hh++;
		}
		//如果队尾元素比当前元素大，则去掉队尾元素 
		while(hh<=tt&&a[q[tt]]>=a[i]){
			tt--;
		}
			q[++tt]=i;    //把当前元素下标入队 
		if(i>=k-1){
			cout<<a[q[hh]]<<" ";
		}
	} 
	cout<<endl;
	//求最大值 
	hh=0,tt=-1;
	for(int i=0;i<n;i++){
		//判断队头是否已经滑出窗口 
		if(hh<=tt&&i-k+1>q[hh]){
			hh++;
		}
		//如果队尾元素比当前元素小，则去掉队尾元素 
		while(hh<=tt&&a[q[tt]]<=a[i]){
			tt--;
		}
			q[++tt]=i;    //把当前元素下标入队 
		if(i>=k-1){
			cout<<a[q[hh]]<<" ";
		}
	} 
    return 0;
}

七、KMP算法

核心模板

//s[]是长文本，p是模式串，n是s的长度，m是p的长度
//求模式串的next数组：
for(int i=2,j=0;i<=m;i++){
    while(j&&p[i]!=p[j+1]) j=ne[j];
    if(p[i]==p[j+1]) j++;
    ne[i]=j;
}
//匹配
for(int i=1,j=0;i<=n;i++){
    while(j&&s[i]!=p[j+1]) j=ne[j];
    if(s[i]==p[j+1]) j++;
    if(j==m){
        j=ne[j];
        //匹配成功后的逻辑
    }
}

题目链接：831. KMP字符串

7.1题目描述

给定一个字符串 S，以及一个模式串 P，所有字符串中只包含大小写英文字母以及阿拉伯数字。
模式串 P 在字符串 S 中多次作为子串出现。
求出 模式串 P 在字符串 S 中所有出现的位置的起始下标。

输入格式

第一行输入整数 N，表示字符串 P的长度。
第二行输入字符串 P。
第三行输入整数 M，表示字符串 S的长度。
第四行输入字符串 S。

输出格式

共一行，输出所有出现位置的起始下标（下标从 0开始计数），整数之间用空格隔开。

数据范围

1≤N≤10⁵
1≤M≤10⁶

输入样例：

3
aba
5
ababa

输出样例：

0 2

7.2思路分析

暴力做法：

KMP算法：
next数组：
next[i]=j表示字符串前i个字母中从第一个字符开始长度为j的字符串与从某个位置到结尾长度为j的字符串相等，而且此长度j为最大（最长相等前后缀的长度）。

7.3代码实现

#include <iostream>
using namespace std;
const int N=100010,M=1000010;
int n,m;
char p[N],s[M];
int ne[N];
int main() {
	cin>>n>>p+1>>m>>s+1;
	//求next过程  next[1]=0,因为j=1不匹配时只能退到j=0 
	for(int i=2,j=0;i<=n;i++){     //求next数组也是根据p串来找某个位置i的最长公共前后缀 
		while(j&&p[i]!=p[j+1]){    //如果j没有退回起点而且当前p[i]和p[j+1]不匹配 
			j=ne[j];               //j退回到可以从某个字符再开始匹配的位置 
		}
		if(p[i]==p[j+1]) j++;      //如果p[i]与p[j+1]正好匹配了，公共前后缀长度为j+1 
		ne[i]=j;                   //记录此时的j
	} 
	//KMP匹配过程 
	for(int i=1,j=0;i<=m;i++){    //i从1开始，j从0开始；因每次都是要来比较s[i]与p[j+1]是否相等，所以错开一位 
		while(j&&s[i]!=p[j+1]){   //j没有退回起点而且当前s[i]和p[j+1]不匹配
			j=ne[j];              //j退到可以从某个字符再开始匹配的位置 
		} 
		if(s[i]==p[j+1]) j++;     //如果s[i]和p[j+1]已经匹配，则开始比较下一个位置两字符串中字母是否相等 
		if(j==n){
			//匹配成功 
			cout<<i-n<<" ";
			j=ne[j];           //若匹配成功，此时j已匹配过，下次匹配ne[j]位置和原串下一个位置 
		}       
	}     
    return 0;
}

八、Trie树

在每个单词结尾结尾做标记，说明存在以该字母结尾的单词。

核心模板

int son[N][26],cnt[N],idx;
//idx代表点的编号，0号点既是根结点，又是空结点
//son数组存储树中每个结点的子结点（第一维表示结点编号，第二维表示26个孩子是否有，有则存储的是子节点编号，无则存储的是0；26个字母，最多26个子结点）
//cnt数组存储以每个结点结尾的单词数量

//插入一个字符串
void insert(char *str){
    int p=0;
    for(int i=0;str[i];i++){
        int u=str[i]-'a';
        if(!son[p][u]) son[p][u]=++idx;
        p=son[p][u];
    }
    cnt[p]++;
}
//查询字符串出现的次数
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];
}

使用string写的模板

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
const int N=100010;
int son[N][26],cnt[N],idx;
void insert(string s){
    int p=0;
    for(int i=0;i<s.size();i++){
        int u=s[i]-'a';
        if(!son[p][u]) son[p][u]=++idx;
        p=son[p][u];
    }
    cnt[p]++;
}
int query(string s){
    int p=0;
    for(int i=0;i<s.size();i++){
        int u=s[i]-'a';
        if(!son[p][u]) return 0;
        p=son[p][u];
    }
   return cnt[p]; 
}
int main(){
    int n;
    cin>>n;
    while(n--){
        char op;
        cin>>op;
        string x;
        if(op=='I'){
           cin>>x;
           insert(x);
        }
        else{
            cin>>x;
            cout<<query(x)<<endl;
        }
    }
    return 0;
}

题目链接：835. Trie字符串统计

8.1题目描述

维护一个字符串集合，支持两种操作：

1. I x 向集合中插入一个字符串 x；
2. Q x 询问一个字符串在集合中出现了多少次。共有 N 个操作，所有输入的字符串总长度不超过 10⁵，字符串仅包含小写英文字母。

输入格式

第一行包含整数 N ，表示操作数。

接下来 N 行，每行包含一个操作指令，指令为 I x 或 Q x 中的一种。

输出格式

对于每个询问指令 Q x，都要输出一个整数作为结果，表示 x 在集合中出现的次数。

每个结果占一行。

数据范围

1≤N≤2∗10⁴

输入样例：

5
I abc
Q abc
Q ab
I ab
Q ab

输出样例：

1
0
1

8.2思路分析

直接套用模板即可，注意细节。

8.3代码实现

#include <iostream>
using namespace std;
const int N=100010;
int son[N][26],cnt[N],idx;
char str[N];
void insert(char str[]){
	int p=0;      //初始化p从0即根结点开始 
	for(int i=0;str[i];i++){     //遍历字符串str 
		int u=str[i]-'a';        //将每个字母转换对应的0~25的下标 
		if(!son[p][u]) son[p][u]=++idx;    //如果p所在结点没有以u所代表的字母，则将该字母作为p的子结点 
		p=son[p][u];             //p更新为其子节点 
	}
	cnt[p]++;            //以p结尾的单词数量加1 
}
int query(char str[]){
	int p=0;       //初始化p从0即根结点开始
	for(int i=0;str[i];i++){    //遍历字符串str 
		int u=str[i]-'a';       //将每个字母转换对应的0~25的下标
		if(!son[p][u])  return 0;  //如果p所在结点没有以u所代表的字母，说明不存在以u所代表字母结尾的单词，直接返回0 
		p=son[p][u];            //p更新为其子节点 
	}
	return cnt[p];      //返回以p结尾的单词数量 
}
int main(){
	int n;
	cin>>n;
	while(n--){
		char op[2];
		cin>>op>>str;
		if(op[0]=='I') insert(str);
		else cout<<query(str)<<endl;
	} 
   	return 0;
}

九、并查集

核心模板

1. 朴素并查集：
   

   路径压缩：查找时，如果还没有找到目标值的父结点时，将路径上每个点的父结点，在向上寻找过程中更新记录。

int p[N];//存储每个点的祖宗结点
//返回x的祖宗结点
int find(int x){
    if(p[x]!=x) p[x]=find(p[x]);
    return p[x];
}
//初始化，假定结点编号是1~n
for(int i=1;i<=n;i++){
    p[i]=i;
}
//合并a和b所在的两个集合
p[find(a)]=find(b);

1. 维护size的并查集

//注意size可能与某些内置变量名冲突,故改成了num
int p[N],num[N];
//p[]存储每个结点的祖宗结点，num[]只有祖宗结点有意义，表示祖宗结点所在集合中点的数量
//返回x的祖宗结点
int find(int x){
    if(p[x]!=x) p[x]=find(p[x]);
    return p[x];
}
//初始化，假定结点编号是1~n
for(int i=1;i<=n;i++){
    p[i]=i;
    num[i]=1;
}
//合并a和b所在的两个集合
num[find(b)]+=num[find(a)];
p[find(a)]=find(b);

1. 维护到祖宗结点距离的并查集

int p[N],d[N];
//p[]存储每个结点的祖宗结点，d[x]存储x到p[x]的距离
//返回x的祖宗结点
int find(int x){
    if(p[x]!=x){
        int u=find(p[x]);
        d[x]+=d[p[x]];
        p[x]=u;
    }
    return p[x];
}
//初始化，假定结点编号是1~n
for(int i=1;i<=n;i++){
    p[i]=i;
    d[i]=0;
}
//合并a和b所在的两个集合
p[find(a)]=find(b);
d[find(a)]=distance;//根据具体问题，初始化find(a)的偏移量

题目一

题目链接：836. 合并集合

9.1题目描述

一共有 n 个数，编号是 1∼n，最开始每个数各自在一个集合中。

现在要进行 m 个操作，操作共有两种：

1. M a b，将编号为 a 和 b 的两个数所在的集合合并，如果两个数已经在同一个集合中，则忽略这个操作；
2. Q a b，询问编号为 a 和 b 的两个数是否在同一个集合中；

输入格式

第一行输入整数 n 和 m。

接下来 m 行，每行包含一个操作指令，指令为 M a b 或 Q a b 中的一种。

输出格式

对于每个询问指令 Q a b，都要输出一个结果，如果 a 和 b 在同一集合内，则输出 Yes，否则输出 No。

每个结果占一行。

数据范围

1≤n,m≤10⁵

输入样例：

4 5
M 1 2
M 3 4
Q 1 2
Q 1 3
Q 3 4

输出样例：

Yes
No
Yes

9.2思路分析

套用模板即可，注意细节。

9.3代码实现

#include <iostream>
using namespace std;
const int N=100010;
int n,m;
int p[N];      //存储每个结点的父结点 
//返回祖宗结点+路径压缩
int find(int x){
	//如果x的父结点不是根结点，就向上走一层，看x的父结点的父结点是否是根结点，直至查找到祖宗结点（根结点） ，递归返回过程中将该路径上的结点的父结点都更新成了根结点，起到了路径压缩的作用
	if(p[x]!=x) p[x]=find(p[x]);     
	return p[x];          //返回x的父结点 
}
int main(){
	cin>>n>>m;
	//并查集初始化 ，每个结点的父结点为自己，
	for(int i=1;i<=n;i++){
		p[i]=i;
	}
	char op;
	int a,b;
	while(m--){
		cin>>op>>a>>b;
		if(op=='M') p[find(a)]=find(b);  //将a的根结点的父结点设为b的根结点 
		else{
			if(find(a)==find(b))  cout<<"Yes"<<endl;
			else cout<<"No"<<endl; 
		}
	} 
   	return 0;
}

题目二

题目链接：837. 连通块中点的数量

9.1题目描述

给定一个包含 n 个点（编号为 1∼n）的无向图，初始时图中没有边。

现在要进行 m 个操作，操作共有三种：

1. C a b，在点 a 和点 b 之间连一条边，a 和 b 可能相等；
2. Q1 a b，询问点 a 和点 b 是否在同一个连通块中，a 和 b 可能相等；
3. Q2 a，询问点 a 所在连通块中点的数量；

输入格式

第一行输入整数 n 和 m。

接下来 m 行，每行包含一个操作指令，指令为 C a b，Q1 a b 或 Q2 a 中的一种。

输出格式

对于每个询问指令 Q1 a b，如果 a 和 b 在同一个连通块中，则输出 Yes，否则输出 No。

对于每个询问指令 Q2 a，输出一个整数表示点 a 所在连通块中点的数量

每个结果占一行。

数据范围

1≤n,m≤10⁵

输入样例：

5 5
C 1 2
Q1 1 2
Q2 1
C 2 5
Q2 5

输出样例：

Yes
2
3

9.2思路分析

套用模板即可，注意细节。

9.3代码实现

#include <iostream>
using namespace std;
const int N=100010;
int n,m;
int p[N],num[N];      //p[]存储每个结点的父结点，num[]存储祖宗结点所在集合中结点个数（只有祖宗结点的num有意义） 
int find(int x){
	//如果x的父结点不是根结点，就向上走一层，看x的父结点的父结点是否是根结点，直至查找到祖宗结点（根结点） ，递归返回过程中将该路径上的结点的父结点都更新成了根结点，起到了路径压缩的作用
	if(p[x]!=x) p[x]=find(p[x]);     
	return p[x];          //返回x的父结点 
}
int main(){
	cin>>n>>m;
	//并查集初始化，每个结点的父结点为自己，每个根结点所在集合中结点数量为1 
	for(int i=1;i<=n;i++){
		p[i]=i;
		num[i]=1;
	}
	char op[5];
	int a,b;
	while(m--){
		cin>>op;
		if(op[0]=='C') {
			cin>>a>>b;
			if(find(a)!=find(b)){    //如果a、b不在一个集合中，将a所在集合中的元素数量累加进b所在集合中的元素数量中去 
				num[find(b)]+=num[find(a)];
			}
			p[find(a)]=find(b);  //将a的根结点的父结点设为b的根结点 
		}
		else if(op[1]=='1'){
			cin>>a>>b;
			if(find(a)==find(b)) cout<<"Yes"<<endl;
			else cout<<"No"<<endl;
		}
		else{
			cin>>a;
			cout<<num[find(a)]<<endl;
		}
	} 
   	return 0;
}

十、堆

• 堆（STL中优先队列）是一棵 完全二叉树
  

• 小根堆：每个结点的值都小于其左右儿子的值。
  

• 下标从1开始，若从0开始会造成冲突。
  

• down和up操作时间复杂度 O(logn)。down和up操作均是对对应下标的值进行操作，并不是对下标进行down、up操作

• down操作：每次与其左右儿子比较，如果比左或右儿子大，则将其中较小的交换，使其满足堆定义，否则，不交换，完成down操作。

• up操作：每次与其父结点比较，若比父结点小，则交换，使其满足堆定义，否则不交换，意味着完成up操作。

• 建堆操作：从n/2开始，依次从下层往上层每个结点进行down操作，先完成子结点的建堆，再完成父结点的建堆，直到完成所有元素的down操作，建堆完成。

核心模板

//h[N]存储堆中的值，h[1]是堆顶，x的左儿子是2x，右儿子是2x+1
//ph[k]存储第k个插入的点在堆中的位置
//hp[k]存储堆中下标是k的点是第几个插入的
//num代表堆中点的数量
int h[N],ph[N],hp[k],num;
//交换两个点及其映射关系
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<=num&&h[u*2]<h[t]) t=u*2;
    if(u*2+1<=num&&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;
    }
}
//O(n)建堆
for(int i=n/2;i;i--) down(i);

题目一

题目链接：838. 堆排序

10.1题目描述

输入一个长度为 n 的整数数列，从小到大输出前 m 小的数。

输入格式

第一行包含整数 n 和 m。

第二行包含 n 个整数，表示整数数列。

输出格式

共一行，包含 m 个整数，表示整数数列中前 m 小的数。

数据范围

1≤m≤n≤10⁵ ，1≤数列中元素≤10⁹

输入样例：

5 3
4 5 1 3 2

输出样例：

1 2 3

10.2思路分析

套用模板即可，注意细节。

10.3代码实现

#include <iostream>
using namespace std;
const int N=100010;
int n,m;
int h[N],num; //h[]存储结点的值，num存储结点个数 
void down(int u){
	int t=u;     //t存储该结点及其左右儿子中的最小值的结点编号 
	 if(u*2<=num&&h[u*2]<h[t]) t=u*2;  //如果左儿子存在，且比该结点值小，更新t为左儿子
	 if(u*2+1<=num&&h[u*2+1]<h[t]) t=u*2+1;  //如果右儿子也存在，且比该结点和其左儿子值小，更新t为右儿子
	 //如果该结点不是最小值 
	 if(u!=t){
	 	swap(h[u],h[t]);   //将该结点换成其左右儿子中最小值
		down(t);     //将该结点（编号已经是t，h[t]存储该结点的值）继续与下面的点比较进行down操作 
	 }	 
}
int main(){
	cin>>n>>m;
	for(int i=1;i<=n;i++){
		cin>>h[i];
	}
	num=n;
	//建堆 
	for(int i=n/2;i;i--) down(i);
	while(m--){
		cout<<h[1]<<' ';
		//删除堆顶元素 
		h[1]=h[num];     //用最后一个元素将堆顶元素覆盖 
		num--;           //堆中元素个数-1 
		down(1);         //对堆顶元素使用down操作 
	}
   	return 0;
}

题目二

题目链接：839. 模拟堆

10.1题目描述

维护一个集合，初始时集合为空，支持如下几种操作：

1. I x，插入一个数 x；
2. PM，输出当前集合中的最小值；
3. DM，删除当前集合中的最小值（数据保证此时的最小值唯一）；
4. D k，删除第 k 个插入的数；
5. C k x，修改第 k 个插入的数，将其变为 x；
   现在要进行 N 次操作，对于所有第 2 个操作，输出当前集合的最小值。

输入格式

第一行包含整数 N。

接下来 N 行，每行包含一个操作指令，操作指令为 I x，PM，DM，D k 或 C k x 中的一种。

输出格式

对于每个输出指令 PM，输出一个结果，表示当前集合中的最小值。

每个结果占一行。

数据范围
1≤N≤10⁵

−10⁹≤x≤10⁹

数据保证合法。

输入样例：

8
I -10
PM
I -10
D 1
C 2 8
I 6
PM
DM

输出样例：

-10
6

10.2思路分析

套用模板即可，注意细节。

10.3代码实现

#include <iostream>
using namespace std;
const int N=100010;
int n,m;
int h[N],num;  //h[]存储结点的值，num存储结点个数 
int ph[N],hp[N];  //ph[k]存储第k个插入的点的下标，hp[k]存储下标为k的点是第几个插入的 
void heap_swap(int a,int b){
	swap(ph[hp[a]],ph[hp[b]]);   //交换a、b 
	swap(hp[a],hp[b]);  //交换a、b的插入数（第几个插入） 
	swap(h[a],h[b]);  //交换两点的值
	
}
void down(int u){
	int t=u;     //t存储该结点及其左右儿子中的最小值的结点编号 
	 if(u*2<=num&&h[u*2]<h[t]) t=u*2;  //如果左儿子存在，且比该结点值小，更新t为左儿子
	 if(u*2+1<=num&&h[u*2+1]<h[t]) t=u*2+1;  //如果右儿子也存在，且比该结点和其左儿子值小，更新t为右儿子
	 //如果该结点不是最小值 
	 if(u!=t){
	 	heap_swap(u,t);   //将该结点换成其左右儿子中最小值的结点交换 
		down(t);     //将该结点（编号已经是t）down操作 
	 }	 
}
void up(int u){
	//如果该结点存在父结点，且父结点比该结点值大 
	while(u/2&&h[u/2]>h[u]){
		heap_swap(u/2,u);  //将该结点和其父结点交换 
		u/=2;        //该结点更新为其父结点，继续向上比较 
	}
}
int main(){
	cin>>n;
	while(n--){
		char op[2];
		int k,x;
		cin>>op;
		if(op[0]=='I'){
			cin>>x;
			num++;  //堆中元素数量+1 
			m++;   //m代表第几个插入的数 
			ph[m]=num;   //第m个插入的点的下标是num 
			hp[num]=m;   //下标是num的元素是第m个插入的 
			h[num]=x;    //下标是num的点的值是x 
			up(num);     //对新插入的元素进行up操作 
		}
		else if(op[0]=='P'){
			cout<<h[1]<<endl;   //输出堆中最小值 
		} 
		else if(op[0]=='D'&&op[1]=='M'){
			heap_swap(1,num);    //用最后一个元素与堆顶元素交换 
			num--;               //堆中元素个数-1
			down(1);             //对堆顶元素使用down操作 
		}
		else if(op[0]=='D'){
			cin>>k;
			k=ph[k];   //k记录需要down或up操作的点的下标
			heap_swap(k,num);   //用最后一个元素与下标为k的元素交换  
			num--;        //堆中元素个数-1,即第k个插入的点从堆中删除
			down(k),up(k);   //down和up只会走一个：如果此时k比其左右儿子值大，执行down操作，否则，执行up操作 
		}
		else{
			cin>>k>>x;
			k=ph[k];   //让k等于第k个插入点的下标
			h[k]=x;    //修改下标为k的结点的值为x 
			down(k),up(k);	 //down和up只会走一个：如果此时k比其左右儿子值大，执行down操作，否则，执行up操作
		}
	} 
   	return 0;
}

• 注意：删除操作不能这样写。

else if(op[0]=='D'){
    cin>>k;
    heap_swap(ph[k],num);    //这行可以这样写
    num--; 
    down(ph[k]),up(ph[k]);  //这行不可以，因为ph[k]的值已经在heap_swap()时改成了num，即指向的点的下标是num，而heap_swap()同时也将下标为num的点的值改成了第k个插入的点的值，而这个值已经被删除了，我们应该要down或up的是最后一个点（即与第k个点交换的那个点）。
}

原因：首先要弄清楚，我们的目的是让第k个插入的点与最后一个点交换（包括值交换，ph[]、hp[]数组的交换）,然后把交换后的最后一个点删除（这时最后一个点的值已经是第k个插入的点的值了），所以只需要把堆大小-1就将“原插入的第k个点”删掉了，然后我们就需要来处理交换后的第k个插入的点，此时ph[k]存储的是最后一个插入的点的下标，而这个点的值我们由于也进行了值交换操作，这个点的值其实是存储的是第k个插入的点的值，而我们已经通过num–,来把这个点给删掉了，所以直接进行down()、up()操作就会导致错误。我们需要down()或up()的点是原来最后一个点所代表的值，也就是现在第k个插入的点的下标元素中存储的值。所以我们需要提前将这个下标来存储下来(如果不记录，要通过num来进行down()和up()操作，也会导致错误，因为num的值-1了，堆中元素已经把这个点删了，最大堆元素下标也只是num-1，所以在down()或up()操作中，也会造成错误)，以便后续down()或up()操作。

帮助理解：

• 下图为算法基础课微信群中好兄弟分享的，帮助理解，如有侵权，立即删除。
  

十一、一般哈希

哈希：将较大范围的数映射到小范围区间内。
取模的数一般取成质数，且离2的次幂尽可能远。

• 拉链法：哈希值相同的，找对应位置，在对应位置的链表中插入该元素。
  

• 开放寻址法:哈希值相同的，找对应位置，如果该位置不空，依次向后寻找，直到找到空位即可。

• 取模的数开到题目数据范围的2~3倍。
  

• memset按字节赋值，最常使用0和-1来memset初始化

• 下图作者如图，来自AcWing官网，如有侵权，立即删除。
  

核心模板

1. 拉链法

int h[N],e[N],ne[N],idx;
//向哈希表中插入一个数
void insert(int x){
    int k=(x%N+N)%N;   //N取大于区间范围的最小质数
    e[idx]=x;
    ne[idx]=h[k];
    h[k]=idx++;
}
//在哈希表中查询某个数是否存在
bool find(int x){
    int k=(x%N+N)%N;
    for(int i=h[k];i!=-1;i=ne[i]){
        if(e[i]==x){
            return true;
        }
    }
    return false;
}

1. 开放寻址法

int h[N];
//如果x在哈希表中，返回x的下标；如果x不在哈希表中，返回x应该插入的位置
int find(int x){
    int t=(x%N+N)%N;
    while(h[t]!=null&&h[t]!=x){
        t++;
        if(t==N) t=0;
    }
    return t;
}

题目链接：840. 模拟散列表

11.1题目描述

维护一个集合，支持如下几种操作：

1. I x，插入一个数 x；
2. Q x，询问数 x 是否在集合中出现过；
   现在要进行 N 次操作，对于每个询问操作输出对应的结果。

输入格式

第一行包含整数 N，表示操作数量。

接下来 N 行，每行包含一个操作指令，操作指令为 I x，Q x 中的一种。

输出格式
对于每个询问指令 Q x，输出一个询问结果，如果 x 在集合中出现过，则输出 Yes，否则输出 No。

每个结果占一行。

数据范围

1≤N≤10⁵

−10⁹≤x≤10⁹

输入样例：

5
I 1
I 2
I 3
Q 2
Q 5

输出样例：

Yes
No

11.2思路分析

套用模板即可，注意细节。

11.3代码实现

拉链法：

#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
const int N=100003;
int h[N],e[N],ne[N],idx;  //与单链表定义类似，h[]存储每个链的头结点，e[]存储每个结点的值，ne[]存储每个结点的next指针，idx代表结点编号 
void insert(int x){
	int k=(x%N+N)%N;  //k为哈希值，先%再多+N再%N的目的：将x%N的结果为负数的转成正数
	//单链表插入操作 
	e[idx]=x; 
	ne[idx]=h[k];
	h[k]=idx++;
}
bool find(int x){
	int k=(x%N+N)%N;  //与上同 
	//单链表查找操作 
	for(int i=h[k];i!=-1;i=ne[i]){
		if(e[i]==x){
			return true;
		}
	}
	return false;
}
int main(){
	int n;
	cin>>n;
	memset(h,-1,sizeof h);
	char op;
	int x;
	while(n--){
	    cin>>op>>x;
		if(op=='I'){
			insert(x);
		}
		else{
			if(find(x)) cout<<"Yes"<<endl;
			else cout<<"No"<<endl; 
		}
	}
	return 0;
}

开放寻址法：

#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
const int N=200003,null=0x3f3f3f3f;  //null赋值为不在题目区间内的数 
int h[N];   //h[]数组为哈希表 
int find(int x){
	int k=(x%N+N)%N;  //与上种方法同 
    //如果x应该存储的位置不空 
	while(h[k]!=null&&h[k]!=x){
    	k++;    //向后寻找位置
    	//如果已经找到表尾，再从表头开始找 
    	if(k==N) k=0;
	}
	return k;   //如果x在表中返回其位置，如果x不在表中返回其应该存储的位置 
}
int main(){
	int n;
	cin>>n;
	memset(h,0x3f,sizeof h);   //memset按字节赋值，h为整型，4字节，则将每个字节赋值成了0x3f,即0x3f3f3f3f
	char op;
	int x;
	while(n--){
	    cin>>op>>x;
	    int k=find(x);    //找到x应该存储的位置
		if(op=='I'){
			h[k]=x;           //插入x 
		}
		else{
			//如果x应该存储的位置不空，输出Yes,否则输出No 
			if(h[k]!=null) cout<<"Yes"<<endl;
			else cout<<"No"<<endl; 
		}
	}
	return 0;
}

十二、字符串哈希

h[l-1]存储1到l-1位置子串的哈希值(子串下标从1开始)，h[r]存储1到r位置子串的哈希值，要求l到r位置的哈希值：因1到l-1位置在h[l-1]和h[r]中计算哈希值时所乘权重不同(前者计算时l-1位置的权重是P⁰，而后者计算时r位置的权重是P⁰)，所以要在h[r]中减去1到l-1位置的哈希值时，需要先将前l-1位置转换成在前r位置中计算时应该得到的数值(让h[l-1]乘上两者相差权重)，然后再用h[r]去减去该数值。
核心思想：将字符串看成P进制数，P的经验值是131或13331，取这两个值的冲突概率低。
小技巧：取模的数用2⁶⁴,这样直接用unsigned long long存储，溢出的结果就是取模的结果。

核心模板

typedef unsigned long long ULL;
ULL h[N],p[N];//h[k]存储字符串前k个字母的哈希值，p[k]存储P^kmod2^64
//初始化
p[0]=1;
for(int i=1;i<=n;i++){
    h[i]=h[i-1]*P+str[i];
    p[i]=p[i-1]*P;
}
//计算子串str[l~r]的哈希值
ULL get(int l,int r){
    return h[r]-h[l-1]*p[r-l+1];
}

题目链接：841. 字符串哈希

12.1题目描述

给定一个长度为 n 的字符串，再给定 m 个询问，每个询问包含四个整数 l1,r1,l2,r2，请你判断 [l1,r1] 和 [l2,r2] 这两个区间所包含的字符串子串是否完全相同。

字符串中只包含大小写英文字母和数字。

输入格式

第一行包含整数 n 和 m，表示字符串长度和询问次数。

第二行包含一个长度为 n 的字符串，字符串中只包含大小写英文字母和数字。

接下来 m 行，每行包含四个整数 l1,r1,l2,r2 ，表示一次询问所涉及的两个区间。

注意，字符串的位置从 1 开始编号。

输出格式

对于每个询问输出一个结果，如果两个字符串子串完全相同则输出 Yes，否则输出 No。

每个结果占一行。

数据范围

1≤n,m≤10⁵

输入样例：

8 3
aabbaabb
1 3 5 7
1 3 6 8
1 2 1 2

输出样例：

Yes
No
Yes

12.2思路分析

套用模板即可，注意细节。

12.3代码实现

#include <iostream>
using namespace std;
typedef unsigned long long ULL;
const int N=100010,P=131;
int n,m;
char str[N];
ULL h[N],p[N];  //h[i]存储前i个字母的哈希值，p[i]存储P^i%2^64的值 
//计算从l到r位置子串的哈希值 
ULL get(int l,int r){
	return h[r]-h[l-1]*p[r-l+1];
}
int main(){
    cin>>n>>m>>str+1;
    p[0]=1;
    //初始化h[]和p[] 
    for(int i=1;i<=n;i++){
    	p[i]=p[i-1]*P;
    	h[i]=h[i-1]*P+str[i];   //P进制数，从前往后是从高位到低位，所以每一位的权重都比其后面一位的权重多1 
	}
	while(m--){
		int l1,r1,l2,r2;
		cin>>l1>>r1>>l2>>r2;
		if(get(l1,r1)==get(l2,r2)) cout<<"Yes"<<endl;
		else cout<<"No"<<endl;
	}
	return 0;
}

十三、STL简介

1. vector，变长数组，倍增思想

size()  返回元素个数
empty() 返回是否为空
clear() 清空
front()/back()
push_back()/pop_back()
begin()/end()
[]
支持比较运算，按字典序

1. pair<int,int>(头文件#include <utility>)

first  第一个元素
second 第二个元素
支持比较运算，以first为第一关键字，以second为第二关键字（字典序）

3. string(头文件#include <string>)

size()/length()  返回字符串长度
empty()
clear()
substr(起始下标,(子串长度))  返回子串（若第二个参数省略或大于当前字符串长度，则返回整个字符串）
c_str()  返回字符串所在字符数组的起始地址
find() 查找字符第一次出现的位置，如果没有出现过返回string::npos，注意加string作用域，否则编译器不认识npos

头文件#include <string>

stoi()：将字符串转化为int类型，传入string类型字符串。

atoi()：将字符串转化为int类型，传入char类型字符串。

to_string()：将数字常量量转化为string类型字符串。
//注意字符利用ASCII码进行过转换时（加减数字），需要强制类型转换。

1. queue，队列(头文件#include <queue>)

size()
empty()
push()  向队尾插入一个元素
front() 返回队头元素
back()  返回队尾元素
pop()   弹出队头元素

新建空队列（清空队列q）

1. priority_queue，优先队列，默认是大根堆(头文件#include <queue>)

size()
empty()
push()  插入一个元素
top()   返回堆顶元素
pop()   弹出堆顶元素
定义成小根堆的方式：priority_queue<int,vector<int>,greater<int>>q;
（也可以将正数变成相反数插入堆，得到的便是每个元素是负数的小根堆，需要操作时，取出元素加负号就是原序列的元素）

6. stack,栈(头文件#include <stack>)

size()
empty()
push()  向栈顶插入一个元素
top()   返回栈顶元素
pop()   弹出栈顶元素

1. deque，双端队列(头文件#include <deque>)

size()
empty()
clear()
front()/back()
push_back()/pop_back()
push_front()/pop_front()
begin()/end()
[]

1. set，map，multiset，multimap，基于平衡二叉树（红黑树），动态维护有序序列,set、map去重，multise、multimap不去重(头文件#include <set>、#include <map>)

size()
empty()
clear()
begin()/end()
++,--返回前驱和后继，时间复杂度O(logn)
有重复元素，map不会插入新元素，所以旧元素不会被覆盖更新

1. set/multiset(头文件#include <set>)

insert()  插入一个数
find()    查找一个数，如果找到返回该数第一次出现的位置的迭代器，否则返回容器尾迭代
count()   返回某一个数的个数
erase()
  (1)输入是一个数x，删除所有x   O(k+logn)（k为x的个数）
  (2)输入一个迭代器，删除这个迭代器
lower_bound()/upper_bound()
   lower_bound(x)  返回大于等于x的最小的数的迭代器
   upper_bound(x)  返回大于x的最小的数的迭代器

10. map/multimap(头文件#include <map>)

insert()  插入的数是一个pair
erase()   输入的参数是pair或者迭代器
find()    同上
[]  注意multimap不支持此操作。时间复杂度O(logn)
lower_bound()/upper_bound()

1. unordered_set，unordered_map，unordered_multiset，unordered_multimap，哈希表(头文件#include <unordered_set>、#include <unordered_map>)

和上面类似，增删改查的时间复杂度为O(1)
不支持 lower_bound()/upper_bound()，迭代器的++，--

1. bitset，压位(头文件#include <bitset>)

bitset<10000> s;    
~,&,|,^
>>,<<
==,!=
[]

count()  返回有多少个1
any()    判断是否至少有一个1
none()   判断是否全为0
set()    把所有位置成1
set(k,v) 把第k位变成v
reset()  把所有位变成0
flip()   等价于~
flip(k)  把第k位取反

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