前言
本文快速回顧了面試??嫉乃惴?,用作面試復(fù)習(xí),事半功倍。
需要說(shuō)明的是,由于算法的代碼實(shí)現(xiàn)主要注重思路的清晰,下方有代碼實(shí)現(xiàn)的文章主要以Python為主,Java為輔,對(duì)于Python薄弱的同學(xué)敬請(qǐng)不用擔(dān)心,幾乎可以看作是偽代碼,可讀性比較好。如實(shí)在有困難可以自行搜索Java代碼
此外,關(guān)于算法的文章之后也會(huì)單獨(dú)開(kāi)設(shè)算法專欄進(jìn)行總結(jié),敬請(qǐng)期待。
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- 排序算法實(shí)現(xiàn)與總結(jié)Python/Java
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-----正文開(kāi)始-----
圖的最短路徑算法
Floyd最短路算法(多源最短路)
參考:https://www.cnblogs.com/ahalei/p/3622328.html

上圖中有4個(gè)城市8條公路,公路上的數(shù)字表示這條公路的長(zhǎng)短。請(qǐng)注意這些公路是單向的。我們現(xiàn)在需要求任意兩個(gè)城市之間的最短路程,也就是求任意兩個(gè)點(diǎn)之間的最短路徑。這個(gè)問(wèn)題這也被稱為“多源最短路徑”問(wèn)題。
現(xiàn)在需要一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)圖的信息,我們?nèi)匀豢梢杂靡粋€(gè)4*4的矩陣(二維數(shù)組e)來(lái)存儲(chǔ)。

核心代碼:
for(k=1;k<=n;k++)
for(i=1;i<=n;i++)
for(j=1;j<=n;j++)
if(e[i][j]>e[i][k]+e[k][j])
e[i][j]=e[i][k]+e[k][j];
這段代碼的基本思想就是:
最開(kāi)始只允許經(jīng)過(guò)1號(hào)頂點(diǎn)進(jìn)行中轉(zhuǎn),接下來(lái)只允許經(jīng)過(guò)1和2號(hào)頂點(diǎn)進(jìn)行中轉(zhuǎn)……允許經(jīng)過(guò)1~n號(hào)所有頂點(diǎn)進(jìn)行中轉(zhuǎn),求任意兩點(diǎn)之間的最短路程。用一句話概括就是:從i號(hào)頂點(diǎn)到j(luò)號(hào)頂點(diǎn)只經(jīng)過(guò)前k號(hào)點(diǎn)的最短路程。
Dijkstra最短路算法(單源最短路)
參考:http://blog.51cto.com/ahalei/1387799
指定一個(gè)點(diǎn)(源點(diǎn))到其余各個(gè)頂點(diǎn)的最短路徑,也叫做“單源最短路徑”。例如求下圖中的1號(hào)頂點(diǎn)到2、3、4、5、6號(hào)頂點(diǎn)的最短路徑。

仍然使用二維數(shù)組e來(lái)存儲(chǔ)頂點(diǎn)之間邊的關(guān)系,初始值如下。

我們還需要用一個(gè)一維數(shù)組dis來(lái)存儲(chǔ)1號(hào)頂點(diǎn)到其余各個(gè)頂點(diǎn)的初始路程,如下。

將此時(shí)dis數(shù)組中的值稱為最短路的“估計(jì)值”。
既然是求1號(hào)頂點(diǎn)到其余各個(gè)頂點(diǎn)的最短路程,那就先找一個(gè)離1號(hào)頂點(diǎn)最近的頂點(diǎn)。通過(guò)數(shù)組dis可知當(dāng)前離1號(hào)頂點(diǎn)最近是2號(hào)頂點(diǎn)。當(dāng)選擇了2號(hào)頂點(diǎn)后,dis[2]的值就已經(jīng)從“估計(jì)值”變?yōu)榱恕按_定值”,即1號(hào)頂點(diǎn)到2號(hào)頂點(diǎn)的最短路程就是當(dāng)前dis[2]值。
既然選了2號(hào)頂點(diǎn),接下來(lái)再來(lái)看2號(hào)頂點(diǎn)有哪些出邊呢。有2->3和2->4這兩條邊。先討論通過(guò)2->3這條邊能否讓1號(hào)頂點(diǎn)到3號(hào)頂點(diǎn)的路程變短。也就是說(shuō)現(xiàn)在來(lái)比較dis[3]和dis[2]+e[2][3]的大小。其中dis[3]表示1號(hào)頂點(diǎn)到3號(hào)頂點(diǎn)的路程。dis[2]+e[2][3]中dis[2]表示1號(hào)頂點(diǎn)到2號(hào)頂點(diǎn)的路程,e[2][3]表示2->3這條邊。所以dis[2]+e[2][3]就表示從1號(hào)頂點(diǎn)先到2號(hào)頂點(diǎn),再通過(guò)2->3這條邊,到達(dá)3號(hào)頂點(diǎn)的路程。
這個(gè)過(guò)程有個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)叫做“松弛”。松弛完畢之后dis數(shù)組為:

接下來(lái),繼續(xù)在剩下的3、4、5和6號(hào)頂點(diǎn)中,選出離1號(hào)頂點(diǎn)最近的頂點(diǎn)4,變?yōu)榇_定值,以此類推。

最終dis數(shù)組如下,這便是1號(hào)頂點(diǎn)到其余各個(gè)頂點(diǎn)的最短路徑。

//Dijkstra算法核心語(yǔ)句
for(i=1;i<=n-1;i++)
{
//找到離1號(hào)頂點(diǎn)最近的頂點(diǎn)
min=inf;
for(j=1;j<=n;j++)
{
if(book[j]==0 && dis[j]<min)
{
min=dis[j];
u=j;
}
}
book[u]=1;
for(v=1;v<=n;v++)
{
if(e[u][v]<inf)
{
if(dis[v]>dis[u]+e[u][v])
dis[v]=dis[u]+e[u][v];
}
}
}
M:邊的數(shù)量
N:節(jié)點(diǎn)數(shù)量
通過(guò)上面的代碼我們可以看出,這個(gè)算法的時(shí)間復(fù)雜度是O(N^2)。其中每次找到離1號(hào)頂點(diǎn)最近的頂點(diǎn)的時(shí)間復(fù)雜度是O(N)
優(yōu)化:
這里我們可以用“堆”(以后再說(shuō))來(lái)優(yōu)化,使得這一部分的時(shí)間復(fù)雜度降低到O(logN)。
另外對(duì)于邊數(shù)M少于N2的稀疏圖來(lái)說(shuō)(我們把M遠(yuǎn)小于N2的圖稱為稀疏圖,而M相對(duì)較大的圖稱為稠密圖),我們可以用鄰接表來(lái)代替鄰接矩陣,使得整個(gè)時(shí)間復(fù)雜度優(yōu)化到O( (M+N)logN)。
請(qǐng)注意!在最壞的情況下M就是N2,這樣的話MlogN要比N2還要大。但是大多數(shù)情況下并不會(huì)有那么多邊,因此(M+N)logN要比N2小很多。
用鄰接表代替鄰接矩陣存儲(chǔ)
參考:http://blog.51cto.com/ahalei/1391988
略微難懂,請(qǐng)參考原文
總結(jié)如下:
可以發(fā)現(xiàn)使用鄰接表來(lái)存儲(chǔ)圖的時(shí)間空間復(fù)雜度是O(M),遍歷每一條邊的時(shí)間復(fù)雜度是也是O(M)。如果一個(gè)圖是稀疏圖的話,M要遠(yuǎn)小于N^2。因此稀疏圖選用鄰接表來(lái)存儲(chǔ)要比鄰接矩陣來(lái)存儲(chǔ)要好很多。
漢諾塔
參考圖例:https://www.zhihu.com/question/24385418/answer/89435529
關(guān)鍵代碼:
def move(n,a,b,c):
if n == 1:
print(a, "--->", c)
else:
move(n-1,a,c,b)
print(a, "--->", c)
move(n-1,b,a,c)
楊輝三角
參考:https://blog.csdn.net/zmy_3/article/details/51173580
關(guān)鍵代碼(巧用python中的yield):
注釋:N加上一個(gè)0之后,最后一個(gè)數(shù)是1+0,直接就等于1,不會(huì)有0
def triangles():
N=[1]
while True:
yield N
N.append(0)
N=[N[i-1] + N[i] for i in range(len(N))]
n=0
for t in triangles():
print(t)
n=n+1
if n == 10:
break
回文數(shù)/回文串
解法一:暴力
return a == a[::-1]
解法二:分字符串和數(shù)字
# 字符串/數(shù)字
a = len(s)
i = 0
while i <= (a/2):
if s[i] == s[a-1-i]:
i += 1
else:
return False
return True
# 數(shù)字
def isPalindrome(x):
if x < 0:
return False
temp = x
y = 0
while temp:
y = y*10 + temp%10
temp /= 10
return x == y
斐波拉契數(shù)列(Fibonacci)
def fibonacci(): # 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89
f = [0] * MAXSIZE
f[0] = 1
f[1] = 1
for i in range(2, MAXSIZE):
f[i] = f[i-1] + f[i-2]
return f
fibs = [1,1]
for i in range(8):
fibs.append(fibs[-2] + fibs[-1])
最大子序列與最大子矩陣問(wèn)題
數(shù)組的最大子序列問(wèn)題
給定一個(gè)數(shù)組,其中元素有正,也有負(fù),找出其中一個(gè)連續(xù)子序列,使和最大。
參考自己的博客:https://blog.csdn.net/qqxx6661/article/details/78167981
可以理解為動(dòng)態(tài)規(guī)劃:
dp[i] = dp[i-1] + s[i] (dp[i-1] >= 0)
dp[i] = s[i] (dp[i-1] < 0)
可以用標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)規(guī)劃求解也可以用直接方法求解,但思路都是動(dòng)態(tài)規(guī)劃
最大子矩陣問(wèn)題
給定一個(gè)矩陣(二維數(shù)組),其中數(shù)據(jù)有大有小,請(qǐng)找一個(gè)子矩陣,使得子矩陣的和最大,并輸出這個(gè)和。
參考:https://blog.csdn.net/kavu1/article/details/50547401
思路:
原始矩陣可以是二維的。假設(shè)原始矩陣是一個(gè)3 * n 的矩陣,那么它的子矩陣可以是 1 * k, 2 * k, 3 * k,(1 <= k <= n)。 如果是1*K,這里有3種情況:子矩陣在第一行,子矩陣在第二行,子矩陣在第三行。如果是 2 * k,這里有兩種情況,子矩陣在第一、二行,子矩陣在第二、三行。如果是3 * k,只有一種情況。
為了能夠找出最大的子矩陣,我們需要考慮所有的情況。假設(shè)這個(gè)子矩陣是 2 * k, 也就是說(shuō)它只有兩行,要找出最大子矩陣,我們要從左到右不斷的遍歷才能找出在這種情況下的最大子矩陣。如果我們把這兩行上下相加,情況就和求“最大子段和問(wèn)題” 又是一樣的了。
KMP算法
原理參考:
http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/05/Knuth%E2%80%93Morris%E2%80%93Pratt_algorithm.html
移動(dòng)位數(shù) = 已匹配的字符數(shù) - 對(duì)應(yīng)的部分匹配值
"部分匹配值"就是"前綴"和"后綴"的最長(zhǎng)的共有元素的長(zhǎng)度。以"ABCDABD"為例,
- "A"的前綴和后綴都為空集,共有元素的長(zhǎng)度為0;
- "AB"的前綴為[A],后綴為[B],共有元素的長(zhǎng)度為0;
- "ABC"的前綴為[A, AB],后綴為[BC, C],共有元素的長(zhǎng)度0;
- "ABCD"的前綴為[A, AB, ABC],后綴為[BCD, CD, D],共有元素的長(zhǎng)度為0;
- "ABCDA"的前綴為[A, AB, ABC, ABCD],后綴為[BCDA, CDA, DA, A],共有元素為"A",長(zhǎng)度為1;
- "ABCDAB"的前綴為[A, AB, ABC, ABCD, ABCDA],后綴為[BCDAB, CDAB, DAB, AB, B],共有元素為"AB",長(zhǎng)度為2;
- "ABCDABD"的前綴為[A, AB, ABC, ABCD, ABCDA, ABCDAB],后綴為[BCDABD, CDABD, DABD, ABD, BD, D],共有元素的長(zhǎng)度為0。
實(shí)現(xiàn)參考自己的博客:
https://blog.csdn.net/qqxx6661/article/details/79583707
LCS/最長(zhǎng)公共子序列/最長(zhǎng)公共子串
參考自己的博客:
https://blog.csdn.net/qqxx6661/article/details/79587392
最長(zhǎng)公共子序列LCS
動(dòng)態(tài)規(guī)劃狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程式

最長(zhǎng)公共回文子串
動(dòng)態(tài)規(guī)劃狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程式

求圓周率
from random import random
from math import sqrt
from time import clock #計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間
DARTS=1200 #拋灑點(diǎn)的個(gè)數(shù)
#DARTS=5000
#DARTS=20000
#DARTS=1000000
hists=0 #拋灑點(diǎn)在1/4(半徑為1)圓內(nèi)點(diǎn)的個(gè)數(shù)
clock()
for i in range(1,DARTS):
x,y=random(),random()
dict=sqrt(x**2+y**2)
if dict<=1.0:
hists=hists+1 #隨機(jī)設(shè)點(diǎn),若拋灑點(diǎn)在1/4圓內(nèi),則dice+1
pi=4*(hists/DARTS)
print("PI的值是 %s" %pi)
print("程序運(yùn)行的時(shí)間是 %-5.5ss" %clock())
大數(shù)問(wèn)題(加減乘除)
加法
對(duì)應(yīng)位置相加,考慮進(jìn)位,前面不夠補(bǔ)0
L1 = "2649821731631836529481632803462831616487712734074314936141303241873417434716340124362304724324324324324323412121323164329751831"
L2 = "1045091731748365195814509145981509438583247509149821493213241431431319999999999999999999999999999999999999999999999999341344779"
# 長(zhǎng)度強(qiáng)行扭轉(zhuǎn)到一致,不夠前面補(bǔ)0
max_len = len(L1) if len(L1) > len(L2) else len(L2)
l1 = L1.zfill(max_len)
l2 = L2.zfill(max_len)
a1 = list(l1)
a2 = list(l2)
# 99+99最大3位所以多一位
result_list = [0] * (max_len + 1)
# 長(zhǎng)度一致 每個(gè)對(duì)應(yīng)的位置的相加的和 %10 前一位補(bǔ)1 如果>10 否則0
for index in range(max_len - 1, -1, -1):
index_sum = result_list[index + 1] + int(a1[index]) + int(a2[index])
less = index_sum - 10
result_list[index + 1] = index_sum % 10
result_list[index] = 1 if less >= 0 else 0
# 若第一位為0,去除
if result_list[0] == 0:
result_list.pop(0)
# 轉(zhuǎn)為str的list
result = [str(i) for i in result_list]
print(''.join(result))
減法
和相加十分類似
就是按照我們手寫除法時(shí)的方法,兩個(gè)數(shù)字末位對(duì)齊,從后開(kāi)始,按位相減,不夠減時(shí)向前位借一。
最終結(jié)果需要去除首端的0.如果所有位都是0,則返回0。
乘法
大數(shù)乘法問(wèn)題及其高效算法:
https://blog.csdn.net/u010983881/article/details/77503519
方法:
- 模擬小學(xué)乘法:最簡(jiǎn)單的乘法豎式手算的累加型;
自己實(shí)現(xiàn)的:https://blog.csdn.net/qqxx6661/article/details/78119074
- 分治乘法:最簡(jiǎn)單的是Karatsuba乘法,一般化以后有Toom-Cook乘法;
見(jiàn)下方
- 快速傅里葉變換FFT:(為了避免精度問(wèn)題,可以改用快速數(shù)論變換FNTT),時(shí)間復(fù)雜度O(N lgN lglgN)。具體可參照Sch?nhage–Strassen algorithm;
- 中國(guó)剩余定理:把每個(gè)數(shù)分解到一些互素的模上,然后每個(gè)同余方程對(duì)應(yīng)乘起來(lái)就行;
- Furer’s algorithm:在漸進(jìn)意義上FNTT還快的算法。不過(guò)好像不太實(shí)用,本文就不作介紹了。大家可以參考維基百科
方法2:
參考:
https://blog.csdn.net/jeffleo/article/details/53446095
Karatsuba乘法(公式和下面代碼實(shí)現(xiàn)的不同,但是原理相同,可以直接背下方代碼)
核心語(yǔ)句:
long z2 = karatsuba(a, c);
long z0 = karatsuba(b, d);
long z1 = karatsuba((a + b), (c + d)) - z0 - z2;
return (long)(z2 * Math.pow(10, (2*halfN)) + z1 * Math.pow(10, halfN) + z0);
完整代碼:
/**
* Karatsuba乘法
*/
public static long karatsuba(long num1, long num2){
//遞歸終止條件
if(num1 < 10 || num2 < 10) return num1 * num2;
// 計(jì)算拆分長(zhǎng)度
int size1 = String.valueOf(num1).length();
int size2 = String.valueOf(num2).length();
int halfN = Math.max(size1, size2) / 2;
/* 拆分為a, b, c, d */
long a = Long.valueOf(String.valueOf(num1).substring(0, size1 - halfN));
long b = Long.valueOf(String.valueOf(num1).substring(size1 - halfN));
long c = Long.valueOf(String.valueOf(num2).substring(0, size2 - halfN));
long d = Long.valueOf(String.valueOf(num2).substring(size2 - halfN));
// 計(jì)算z2, z0, z1, 此處的乘法使用遞歸
long z2 = karatsuba(a, c);
long z0 = karatsuba(b, d);
long z1 = karatsuba((a + b), (c + d)) - z0 - z2;
return (long)(z2 * Math.pow(10, (2*halfN)) + z1 * Math.pow(10, halfN) + z0);
}
除法
Leetcode原題(用位運(yùn)算加速了手動(dòng)除法)
https://blog.csdn.net/qqxx6661/article/details/79723357
為了加速運(yùn)算,可以依次將被除數(shù)減去1,2,4,8,..倍的除數(shù),本質(zhì)上只是用位運(yùn)算加速了手動(dòng)除法
計(jì)算機(jī)計(jì)算乘除法的原理
位運(yùn)算除法
https://blog.csdn.net/zdavb/article/details/47108505
最小生成樹
圖解Prim算法和Kruskal算法:
https://www.cnblogs.com/biyeymyhjob/archive/2012/07/30/2615542.html
兩種方法的時(shí)間復(fù)雜度
Prim:
這里記頂點(diǎn)數(shù)v,邊數(shù)e
- 鄰接矩陣:O(v2)
- 鄰接表:O(elog2v)
Kruskal:
elog2e e為圖中的邊數(shù)
# coding=utf-8
import sys
class Graph(object):
def __init__(self, maps):
self.maps = maps
self.nodenum = self.get_nodenum()
self.edgenum = self.get_edgenum()
def get_nodenum(self):
return len(self.maps)
def get_edgenum(self):
count = 0
for i in range(self.nodenum):
for j in range(i):
if self.maps[i][j] > 0 and self.maps[i][j] < 9999:
count += 1
return count
def kruskal(self):
res = []
if self.nodenum <= 0 or self.edgenum < self.nodenum - 1:
return res
edge_list = []
for i in range(self.nodenum):
for j in range(i, self.nodenum):
if self.maps[i][j] < 9999:
edge_list.append([i, j, self.maps[i][j]]) # 按[begin, end, weight]形式加入
edge_list.sort(key=lambda a: a[2]) # 已經(jīng)排好序的邊集合
group = [[i] for i in range(self.nodenum)]
for edge in edge_list:
for i in range(len(group)):
if edge[0] in group[i]:
m = i
if edge[1] in group[i]:
n = i
if m != n:
res.append(edge)
group[m] = group[m] + group[n]
group[n] = []
return res
def prim(self):
res = []
if self.nodenum <= 0 or self.edgenum < self.nodenum - 1:
return res
res = []
seleted_node = [0]
candidate_node = [i for i in range(1, self.nodenum)]
while len(candidate_node) > 0:
begin, end, minweight = 0, 0, 9999
for i in seleted_node:
for j in candidate_node:
if self.maps[i][j] < minweight:
minweight = self.maps[i][j]
begin = i
end = j
res.append([begin, end, minweight])
seleted_node.append(end)
candidate_node.remove(end)
return res
if __name__ == "__main__":
# 讀取第一行的n
n = int(sys.stdin.readline().strip(''))
cun_list = list(map(int,sys.stdin.readline().strip('').split(' ')))
dp = [[0 for __ in range(n)] for __ in range(n)]
for i in range(n):
for j in range(n):
if i == j:
dp[i][j] = 0
continue
dp[i][j] = max(cun_list[i],cun_list[j])
print(dp)
graph = Graph(dp)
# print('鄰接矩陣為\n%s' % graph.maps)
# print('節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)為%d,邊數(shù)為%d\n' % (graph.nodenum, graph.edgenum))
# print('------最小生成樹kruskal算法------')
# print(graph.kruskal())
# print('------最小生成樹prim算法')
# print(graph.prim())
print()
-----正文結(jié)束-----
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我是蠻三刀把刀,目前為后臺(tái)開(kāi)發(fā)工程師。主要關(guān)注后臺(tái)開(kāi)發(fā),網(wǎng)絡(luò)安全,Python爬蟲等技術(shù)。
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