Leetcode 题解.md 191.8 KB
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* [参考资料](#参考资料)
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# 算法思想

## 双指针
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61
双指针主要用于遍历数组,两个指针指向不同的元素,从而协同完成任务。
C
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63
**有序数组的 Two Sum** 
C
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64

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65
[Leetcode :167. Two Sum II - Input array is sorted (Easy)](https://leetcode.com/problems/two-sum-ii-input-array-is-sorted/description/)
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66 67

```html
C
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68 69
Input: numbers={2, 7, 11, 15}, target=9
Output: index1=1, index2=2
C
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70
```
C
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71

C
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72
题目描述:在有序数组中找出两个数,使它们的和为 target。
C
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C
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74
使用双指针,一个指针指向值较小的元素,一个指针指向值较大的元素。指向较小元素的指针从头向尾遍历,指向较大元素的指针从尾向头遍历。
C
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75

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76 77 78
- 如果两个指针指向元素的和 sum == target,那么得到要求的结果;
- 如果 sum > target,移动较大的元素,使 sum 变小一些;
- 如果 sum < target,移动较小的元素,使 sum 变大一些。
C
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79 80

```java
C
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81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93
public int[] twoSum(int[] numbers, int target) {
    int i = 0, j = numbers.length - 1;
    while (i < j) {
        int sum = numbers[i] + numbers[j];
        if (sum == target) {
            return new int[]{i + 1, j + 1};
        } else if (sum < target) {
            i++;
        } else {
            j--;
        }
    }
    return null;
C
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94 95 96
}
```

C
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**两数平方和** 
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[633. Sum of Square Numbers (Easy)](https://leetcode.com/problems/sum-of-square-numbers/description/)
C
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100 101

```html
C
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102 103 104
Input: 5
Output: True
Explanation: 1 * 1 + 2 * 2 = 5
C
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105 106
```

C
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107
题目描述:判断一个数是否为两个数的平方和。
C
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108

C
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109
```java
C
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110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122
public boolean judgeSquareSum(int c) {
    int i = 0, j = (int) Math.sqrt(c);
    while (i <= j) {
        int powSum = i * i + j * j;
        if (powSum == c) {
            return true;
        } else if (powSum > c) {
            j--;
        } else {
            i++;
        }
    }
    return false;
C
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123
}
C
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124 125
```

C
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126
**反转字符串中的元音字符** 
C
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127

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128
[345. Reverse Vowels of a String (Easy)](https://leetcode.com/problems/reverse-vowels-of-a-string/description/)
C
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129

C
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130
```html
C
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131
Given s = "leetcode", return "leotcede".
C
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132
```
C
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133

C
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134
使用双指针指向待反转的两个元音字符,一个指针从头向尾遍历,一个指针从尾到头遍历。
C
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135 136

```java
C
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137
private final static HashSet<Character> vowels = new HashSet<>(Arrays.asList('a', 'e', 'i', 'o', 'u', 'A', 'E', 'I', 'O', 'U'));
C
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138

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139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154
public String reverseVowels(String s) {
    int i = 0, j = s.length() - 1;
    char[] result = new char[s.length()];
    while (i <= j) {
        char ci = s.charAt(i);
        char cj = s.charAt(j);
        if (!vowels.contains(ci)) {
            result[i++] = ci;
        } else if (!vowels.contains(cj)) {
            result[j--] = cj;
        } else {
            result[i++] = cj;
            result[j--] = ci;
        }
    }
    return new String(result);
C
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155 156 157
}
```

C
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158
**回文字符串** 
C
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159

C
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160
[680. Valid Palindrome II (Easy)](https://leetcode.com/problems/valid-palindrome-ii/description/)
C
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161

C
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162
```html
C
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163 164 165
Input: "abca"
Output: True
Explanation: You could delete the character 'c'.
C
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166 167
```

C
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168
题目描述:可以删除一个字符,判断是否能构成回文字符串。
C
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169 170

```java
C
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171 172 173 174 175 176 177 178
public boolean validPalindrome(String s) {
    int i = -1, j = s.length();
    while (++i < --j) {
        if (s.charAt(i) != s.charAt(j)) {
            return isPalindrome(s, i, j - 1) || isPalindrome(s, i + 1, j);
        }
    }
    return true;
C
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179 180
}

C
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181 182 183 184 185 186 187
private boolean isPalindrome(String s, int i, int j) {
    while (i < j) {
        if (s.charAt(i++) != s.charAt(j--)) {
            return false;
        }
    }
    return true;
C
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188 189 190
}
```

C
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191
**归并两个有序数组** 
C
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192

C
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193
[88. Merge Sorted Array (Easy)](https://leetcode.com/problems/merge-sorted-array/description/)
C
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194 195 196

```html
Input:
C
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197 198
nums1 = [1,2,3,0,0,0], m = 3
nums2 = [2,5,6],       n = 3
C
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199

C
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200
Output: [1,2,2,3,5,6]
C
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201 202
```

C
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203
题目描述:把归并结果存到第一个数组上。
C
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204

C
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205
需要从尾开始遍历,否则在 nums1 上归并得到的值会覆盖还未进行归并比较的值。
C
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206 207

```java
C
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208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221
public void merge(int[] nums1, int m, int[] nums2, int n) {
    int index1 = m - 1, index2 = n - 1;
    int indexMerge = m + n - 1;
    while (index1 >= 0 || index2 >= 0) {
        if (index1 < 0) {
            nums1[indexMerge--] = nums2[index2--];
        } else if (index2 < 0) {
            nums1[indexMerge--] = nums1[index1--];
        } else if (nums1[index1] > nums2[index2]) {
            nums1[indexMerge--] = nums1[index1--];
        } else {
            nums1[indexMerge--] = nums2[index2--];
        }
    }
C
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222 223
}
```
C
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224

C
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225
**判断链表是否存在环** 
C
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226

C
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227
[141. Linked List Cycle (Easy)](https://leetcode.com/problems/linked-list-cycle/description/)
C
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228

C
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229
使用双指针,一个指针每次移动一个节点,一个指针每次移动两个节点,如果存在环,那么这两个指针一定会相遇。
C
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230 231

```java
C
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232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244
public boolean hasCycle(ListNode head) {
    if (head == null) {
        return false;
    }
    ListNode l1 = head, l2 = head.next;
    while (l1 != null && l2 != null && l2.next != null) {
        if (l1 == l2) {
            return true;
        }
        l1 = l1.next;
        l2 = l2.next.next;
    }
    return false;
C
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245
}
C
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246
```
C
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247

C
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248
**最长子序列** 
C
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249

C
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250
[524. Longest Word in Dictionary through Deleting (Medium)](https://leetcode.com/problems/longest-word-in-dictionary-through-deleting/description/)
C
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251

C
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252 253
```
Input:
C
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254
s = "abpcplea", d = ["ale","apple","monkey","plea"]
C
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255

C
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256 257
Output:
"apple"
C
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258
```
C
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259

C
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260
题目描述:删除 s 中的一些字符,使得它构成字符串列表 d 中的一个字符串,找出能构成的最长字符串。如果有多个相同长度的结果,返回字典序的最小字符串。
C
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261 262

```java
C
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263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274
public String findLongestWord(String s, List<String> d) {
    String longestWord = "";
    for (String target : d) {
        int l1 = longestWord.length(), l2 = target.length();
        if (l1 > l2 || (l1 == l2 && longestWord.compareTo(target) < 0)) {
            continue;
        }
        if (isValid(s, target)) {
            longestWord = target;
        }
    }
    return longestWord;
C
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275
}
C
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276

C
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277 278 279 280 281 282 283 284 285
private boolean isValid(String s, String target) {
    int i = 0, j = 0;
    while (i < s.length() && j < target.length()) {
        if (s.charAt(i) == target.charAt(j)) {
            j++;
        }
        i++;
    }
    return j == target.length();
C
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286 287
}
```
C
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288

C
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289
## 排序
C
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290

C
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291
### 快速选择
C
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292

C
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293
用于求解  **Kth Element**  问题,使用快速排序的 partition() 进行实现。
C
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294

C
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295
需要先打乱数组,否则最坏情况下时间复杂度为 O(N<sup>2</sup>)。
C
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296

C
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297
### 堆排序
C
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298

C
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299
用于求解  **TopK Elements**  问题,通过维护一个大小为 K 的堆,堆中的元素就是 TopK Elements。
C
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300

C
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301
堆排序也可以用于求解 Kth Element 问题,堆顶元素就是 Kth Element。
C
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302

C
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303
快速选择也可以求解 TopK Elements 问题,因为找到 Kth Element 之后,再遍历一次数组,所有小于等于 Kth Element 的元素都是 TopK Elements。
C
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304

C
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305
可以看到,快速选择和堆排序都可以求解 Kth Element 和 TopK Elements 问题。
C
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306

C
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307
**Kth Element** 
C
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308

C
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309
[215. Kth Largest Element in an Array (Medium)](https://leetcode.com/problems/kth-largest-element-in-an-array/description/)
C
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310

C
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311
题目描述:找到第 k 大的元素。
C
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312

C
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313
**排序** :时间复杂度 O(NlogN),空间复杂度 O(1)
C
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314 315

```java
C
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316 317 318
public int findKthLargest(int[] nums, int k) {
    Arrays.sort(nums);
    return nums[nums.length - k];
C
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319 320 321
}
```

C
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322
**堆排序** :时间复杂度 O(NlogK),空间复杂度 O(K)。
C
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323

C
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324
```java
C
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325 326 327 328 329 330 331 332
public int findKthLargest(int[] nums, int k) {
    PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>(); // 小顶堆
    for (int val : nums) {
        pq.add(val);
        if (pq.size() > k)  // 维护堆的大小为 K
            pq.poll();
    }
    return pq.peek();
C
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333
}
C
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334 335
```

C
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336
**快速选择** :时间复杂度 O(N),空间复杂度 O(1)
C
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337 338

```java
C
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339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352
public int findKthLargest(int[] nums, int k) {
    k = nums.length - k;
    int l = 0, h = nums.length - 1;
    while (l < h) {
        int j = partition(nums, l, h);
        if (j == k) {
            break;
        } else if (j < k) {
            l = j + 1;
        } else {
            h = j - 1;
        }
    }
    return nums[k];
C
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353
}
C
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354

C
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355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366
private int partition(int[] a, int l, int h) {
    int i = l, j = h + 1;
    while (true) {
        while (a[++i] < a[l] && i < h) ;
        while (a[--j] > a[l] && j > l) ;
        if (i >= j) {
            break;
        }
        swap(a, i, j);
    }
    swap(a, l, j);
    return j;
C
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367 368
}

C
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369 370 371 372
private void swap(int[] a, int i, int j) {
    int t = a[i];
    a[i] = a[j];
    a[j] = t;
C
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373 374 375
}
```

C
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376
### 桶排序
C
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377

C
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378
**出现频率最多的 k 个数** 
C
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379

C
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380
[347. Top K Frequent Elements (Medium)](https://leetcode.com/problems/top-k-frequent-elements/description/)
C
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381 382

```html
C
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383
Given [1,1,1,2,2,3] and k = 2, return [1,2].
C
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384 385
```

C
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386
设置若干个桶,每个桶存储出现频率相同的数,并且桶的下标代表桶中数出现的频率,即第 i 个桶中存储的数出现的频率为 i。
C
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387

C
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388
把数都放到桶之后,从后向前遍历桶,最先得到的 k 个数就是出现频率最多的的 k 个数。
C
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389

C
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390
```java
C
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391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405
public List<Integer> topKFrequent(int[] nums, int k) {
    Map<Integer, Integer> frequencyForNum = new HashMap<>();
    for (int num : nums) {
        frequencyForNum.put(num, frequencyForNum.getOrDefault(num, 0) + 1);
    }
    List<Integer>[] buckets = new ArrayList[nums.length + 1];
    for (int key : frequencyForNum.keySet()) {
        int frequency = frequencyForNum.get(key);
        if (buckets[frequency] == null) {
            buckets[frequency] = new ArrayList<>();
        }
        buckets[frequency].add(key);
    }
    List<Integer> topK = new ArrayList<>();
    for (int i = buckets.length - 1; i >= 0 && topK.size() < k; i--) {
C
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406 407 408 409
        if (buckets[i].size() <= (k - topK.size())) {
            topK.addAll(buckets[i]);
        } else {
            topK.addAll(buckets[i].subList(0, k - topK.size()));
C
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410 411 412
        }
    }
    return topK;
C
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413 414 415
}
```

C
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416
**按照字符出现次数对字符串排序** 
C
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417

C
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418
[451. Sort Characters By Frequency (Medium)](https://leetcode.com/problems/sort-characters-by-frequency/description/)
C
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419 420

```html
C
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421 422
Input:
"tree"
C
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423

C
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424 425
Output:
"eert"
C
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426 427

Explanation:
C
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428 429
'e' appears twice while 'r' and 't' both appear once.
So 'e' must appear before both 'r' and 't'. Therefore "eetr" is also a valid answer.
C
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430 431 432
```

```java
C
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433 434 435 436
public String frequencySort(String s) {
    Map<Character, Integer> frequencyForNum = new HashMap<>();
    for (char c : s.toCharArray())
        frequencyForNum.put(c, frequencyForNum.getOrDefault(c, 0) + 1);
C
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437

C
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438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457
    List<Character>[] frequencyBucket = new ArrayList[s.length() + 1];
    for (char c : frequencyForNum.keySet()) {
        int f = frequencyForNum.get(c);
        if (frequencyBucket[f] == null) {
            frequencyBucket[f] = new ArrayList<>();
        }
        frequencyBucket[f].add(c);
    }
    StringBuilder str = new StringBuilder();
    for (int i = frequencyBucket.length - 1; i >= 0; i--) {
        if (frequencyBucket[i] == null) {
            continue;
        }
        for (char c : frequencyBucket[i]) {
            for (int j = 0; j < i; j++) {
                str.append(c);
            }
        }
    }
    return str.toString();
C
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458 459 460
}
```

C
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461
### 荷兰国旗问题
C
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462

C
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463 464 465
荷兰国旗包含三种颜色:红、白、蓝。

有三种颜色的球,算法的目标是将这三种球按颜色顺序正确地排列。
C
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466 467 468

它其实是三向切分快速排序的一种变种,在三向切分快速排序中,每次切分都将数组分成三个区间:小于切分元素、等于切分元素、大于切分元素,而该算法是将数组分成三个区间:等于红色、等于白色、等于蓝色。

C
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469
<div align="center"> <img src="pics/3b49dd67-2c40-4b81-8ad2-7bbb1fe2fcbd.png"/> </div><br>
C
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470

C
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471
**按颜色进行排序** 
C
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472

C
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473
[75. Sort Colors (Medium)](https://leetcode.com/problems/sort-colors/description/)
C
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474 475

```html
C
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476 477
Input: [2,0,2,1,1,0]
Output: [0,0,1,1,2,2]
C
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478 479
```

C
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480
题目描述:只有 0/1/2 三种颜色。
C
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481

C
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482
```java
C
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483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493
public void sortColors(int[] nums) {
    int zero = -1, one = 0, two = nums.length;
    while (one < two) {
        if (nums[one] == 0) {
            swap(nums, ++zero, one++);
        } else if (nums[one] == 2) {
            swap(nums, --two, one);
        } else {
            ++one;
        }
    }
C
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494 495
}

C
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496 497 498 499
private void swap(int[] nums, int i, int j) {
    int t = nums[i];
    nums[i] = nums[j];
    nums[j] = t;
C
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500 501 502
}
```

C
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503
## 贪心思想
C
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504

C
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505
保证每次操作都是局部最优的,并且最后得到的结果是全局最优的。
C
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506

C
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507
**分配饼干** 
C
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508

C
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509
[455. Assign Cookies (Easy)](https://leetcode.com/problems/assign-cookies/description/)
C
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510

C
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511
```html
C
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512 513
Input: [1,2], [1,2,3]
Output: 2
C
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514

C
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515 516 517
Explanation: You have 2 children and 3 cookies. The greed factors of 2 children are 1, 2.
You have 3 cookies and their sizes are big enough to gratify all of the children,
You need to output 2.
C
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518
```
C
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519

C
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520
题目描述:每个孩子都有一个满足度,每个饼干都有一个大小,只有饼干的大小大于等于一个孩子的满足度,该孩子才会获得满足。求解最多可以获得满足的孩子数量。
C
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521

C
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522
给一个孩子的饼干应当尽量小又能满足该孩子,这样大饼干就能拿来给满足度比较大的孩子。因为最小的孩子最容易得到满足,所以先满足最小的孩子。
C
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523

C
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524
证明:假设在某次选择中,贪心策略选择给当前满足度最小的孩子分配第 m 个饼干,第 m 个饼干为可以满足该孩子的最小饼干。假设存在一种最优策略,给该孩子分配第 n 个饼干,并且 m < n。我们可以发现,经过这一轮分配,贪心策略分配后剩下的饼干一定有一个比最优策略来得大。因此在后续的分配中,贪心策略一定能满足更多的孩子。也就是说不存在比贪心策略更优的策略,即贪心策略就是最优策略。
C
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525 526

```java
C
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527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537
public int findContentChildren(int[] g, int[] s) {
    Arrays.sort(g);
    Arrays.sort(s);
    int gi = 0, si = 0;
    while (gi < g.length && si < s.length) {
        if (g[gi] <= s[si]) {
            gi++;
        }
        si++;
    }
    return gi;
C
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538 539 540
}
```

C
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541
**不重叠的区间个数** 
C
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542

C
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543
[435. Non-overlapping Intervals (Medium)](https://leetcode.com/problems/non-overlapping-intervals/description/)
C
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544

C
CyC2018 已提交
545
```html
C
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546
Input: [ [1,2], [1,2], [1,2] ]
C
CyC2018 已提交
547

C
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548
Output: 2
C
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549

C
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550
Explanation: You need to remove two [1,2] to make the rest of intervals non-overlapping.
C
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551 552
```

C
CyC2018 已提交
553
```html
C
CyC2018 已提交
554
Input: [ [1,2], [2,3] ]
C
CyC2018 已提交
555

C
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556
Output: 0
C
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557

C
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558
Explanation: You don't need to remove any of the intervals since they're already non-overlapping.
C
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559
```
C
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560

C
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561
题目描述:计算让一组区间不重叠所需要移除的区间个数。
C
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562

C
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563
先计算最多能组成的不重叠区间个数,然后用区间总个数减去不重叠区间的个数。
C
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564

C
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565
在每次选择中,区间的结尾最为重要,选择的区间结尾越小,留给后面的区间的空间越大,那么后面能够选择的区间个数也就越大。
C
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566

C
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567
按区间的结尾进行排序,每次选择结尾最小,并且和前一个区间不重叠的区间。
C
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568 569

```java
C
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570 571 572 573 574 575 576 577 578 579 580 581 582 583 584
public int eraseOverlapIntervals(Interval[] intervals) {
    if (intervals.length == 0) {
        return 0;
    }
    Arrays.sort(intervals, Comparator.comparingInt(o -> o.end));
    int cnt = 1;
    int end = intervals[0].end;
    for (int i = 1; i < intervals.length; i++) {
        if (intervals[i].start < end) {
            continue;
        }
        end = intervals[i].end;
        cnt++;
    }
    return intervals.length - cnt;
C
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585 586 587
}
```

C
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588
使用 lambda 表示式创建 Comparator 会导致算法运行时间过长,如果注重运行时间,可以修改为普通创建 Comparator 语句:
C
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589 590

```java
C
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591 592 593 594 595
Arrays.sort(intervals, new Comparator<Interval>() {
    @Override
    public int compare(Interval o1, Interval o2) {
        return o1.end - o2.end;
    }
C
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596
});
C
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597 598
```

C
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599
**投飞镖刺破气球** 
C
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600

C
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601
[452. Minimum Number of Arrows to Burst Balloons (Medium)](https://leetcode.com/problems/minimum-number-of-arrows-to-burst-balloons/description/)
C
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602 603

```
C
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604
Input:
C
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605
[[10,16], [2,8], [1,6], [7,12]]
C
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606

C
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607 608 609
Output:
2
```
C
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610

C
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611
题目描述:气球在一个水平数轴上摆放,可以重叠,飞镖垂直投向坐标轴,使得路径上的气球都会刺破。求解最小的投飞镖次数使所有气球都被刺破。
C
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612

C
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613
也是计算不重叠的区间个数,不过和 Non-overlapping Intervals 的区别在于,[1, 2] 和 [2, 3] 在本题中算是重叠区间。
C
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614 615

```java
C
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616 617 618 619 620 621 622 623 624 625 626 627 628 629
public int findMinArrowShots(int[][] points) {
    if (points.length == 0) {
        return 0;
    }
    Arrays.sort(points, Comparator.comparingInt(o -> o[1]));
    int cnt = 1, end = points[0][1];
    for (int i = 1; i < points.length; i++) {
        if (points[i][0] <= end) {
            continue;
        }
        cnt++;
        end = points[i][1];
    }
    return cnt;
C
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630 631 632
}
```

C
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633
**根据身高和序号重组队列** 
C
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634

C
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635
[406. Queue Reconstruction by Height(Medium)](https://leetcode.com/problems/queue-reconstruction-by-height/description/)
C
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636

C
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637 638
```html
Input:
C
CyC2018 已提交
639
[[7,0], [4,4], [7,1], [5,0], [6,1], [5,2]]
C
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640

C
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641
Output:
C
CyC2018 已提交
642
[[5,0], [7,0], [5,2], [6,1], [4,4], [7,1]]
C
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643
```
C
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644

C
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645
题目描述:一个学生用两个分量 (h, k) 描述,h 表示身高,k 表示排在前面的有 k 个学生的身高比他高或者和他一样高。
C
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646

C
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647
为了使插入操作不影响后续的操作,身高较高的学生应该先做插入操作,否则身高较小的学生原先正确插入的第 k 个位置可能会变成第 k+1 个位置。
C
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648

C
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649
身高降序、k 值升序,然后按排好序的顺序插入队列的第 k 个位置中。
C
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650 651

```java
C
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652 653 654 655 656 657 658 659 660 661
public int[][] reconstructQueue(int[][] people) {
    if (people == null || people.length == 0 || people[0].length == 0) {
        return new int[0][0];
    }
    Arrays.sort(people, (a, b) -> (a[0] == b[0] ? a[1] - b[1] : b[0] - a[0]));
    List<int[]> queue = new ArrayList<>();
    for (int[] p : people) {
        queue.add(p[1], p);
    }
    return queue.toArray(new int[queue.size()][]);
C
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662 663 664
}
```

C
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665
**分隔字符串使同种字符出现在一起** 
C
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666

C
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667
[763. Partition Labels (Medium)](https://leetcode.com/problems/partition-labels/description/)
C
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668 669

```html
C
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670 671
Input: S = "ababcbacadefegdehijhklij"
Output: [9,7,8]
C
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672
Explanation:
C
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673 674 675
The partition is "ababcbaca", "defegde", "hijhklij".
This is a partition so that each letter appears in at most one part.
A partition like "ababcbacadefegde", "hijhklij" is incorrect, because it splits S into less parts.
C
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676 677 678
```

```java
C
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679 680 681 682 683 684 685 686 687 688 689 690 691 692 693 694 695 696 697
public List<Integer> partitionLabels(String S) {
    int[] lastIndexsOfChar = new int[26];
    for (int i = 0; i < S.length(); i++) {
        lastIndexsOfChar[char2Index(S.charAt(i))] = i;
    }
    List<Integer> partitions = new ArrayList<>();
    int firstIndex = 0;
    while (firstIndex < S.length()) {
        int lastIndex = firstIndex;
        for (int i = firstIndex; i < S.length() && i <= lastIndex; i++) {
            int index = lastIndexsOfChar[char2Index(S.charAt(i))];
            if (index > lastIndex) {
                lastIndex = index;
            }
        }
        partitions.add(lastIndex - firstIndex + 1);
        firstIndex = lastIndex + 1;
    }
    return partitions;
C
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698 699
}

C
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700 701
private int char2Index(char c) {
    return c - 'a';
C
CyC2018 已提交
702 703 704 705
}
```


C
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706
**种植花朵** 
C
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707

C
CyC2018 已提交
708
[605. Can Place Flowers (Easy)](https://leetcode.com/problems/can-place-flowers/description/)
C
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709

C
CyC2018 已提交
710
```html
C
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711 712
Input: flowerbed = [1,0,0,0,1], n = 1
Output: True
C
CyC2018 已提交
713 714
```

C
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715
题目描述:花朵之间至少需要一个单位的间隔,求解是否能种下 n 朵花。
C
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716

C
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717
```java
C
CyC2018 已提交
718 719 720 721 722 723 724 725 726 727 728 729 730 731 732
public boolean canPlaceFlowers(int[] flowerbed, int n) {
    int len = flowerbed.length;
    int cnt = 0;
    for (int i = 0; i < len && cnt < n; i++) {
        if (flowerbed[i] == 1) {
            continue;
        }
        int pre = i == 0 ? 0 : flowerbed[i - 1];
        int next = i == len - 1 ? 0 : flowerbed[i + 1];
        if (pre == 0 && next == 0) {
            cnt++;
            flowerbed[i] = 1;
        }
    }
    return cnt >= n;
C
CyC2018 已提交
733 734 735
}
```

C
CyC2018 已提交
736
**判断是否为子序列** 
C
CyC2018 已提交
737

C
CyC2018 已提交
738
[392. Is Subsequence (Medium)](https://leetcode.com/problems/is-subsequence/description/)
C
CyC2018 已提交
739

C
CyC2018 已提交
740
```html
C
CyC2018 已提交
741 742
s = "abc", t = "ahbgdc"
Return true.
C
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743
```
C
CyC2018 已提交
744

C
CyC2018 已提交
745
```java
C
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746 747 748 749 750 751 752 753 754
public boolean isSubsequence(String s, String t) {
    int index = -1;
    for (char c : s.toCharArray()) {
        index = t.indexOf(c, index + 1);
        if (index == -1) {
            return false;
        }
    }
    return true;
C
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755 756
}
```
C
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757

C
CyC2018 已提交
758
**修改一个数成为非递减数组** 
C
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759

C
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760
[665. Non-decreasing Array (Easy)](https://leetcode.com/problems/non-decreasing-array/description/)
C
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761

C
CyC2018 已提交
762
```html
C
CyC2018 已提交
763 764 765
Input: [4,2,3]
Output: True
Explanation: You could modify the first 4 to 1 to get a non-decreasing array.
C
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766
```
C
CyC2018 已提交
767

C
CyC2018 已提交
768
题目描述:判断一个数组能不能只修改一个数就成为非递减数组。
C
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769

C
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770
在出现 nums[i] < nums[i - 1] 时,需要考虑的是应该修改数组的哪个数,使得本次修改能使 i 之前的数组成为非递减数组,并且  **不影响后续的操作** 。优先考虑令 nums[i - 1] = nums[i],因为如果修改 nums[i] = nums[i - 1] 的话,那么 nums[i] 这个数会变大,就有可能比 nums[i + 1] 大,从而影响了后续操作。还有一个比较特别的情况就是 nums[i] < nums[i - 2],只修改 nums[i - 1] = nums[i] 不能使数组成为非递减数组,只能修改 nums[i] = nums[i - 1]。
C
CyC2018 已提交
771

C
CyC2018 已提交
772
```java
C
CyC2018 已提交
773 774 775 776 777 778 779 780 781 782 783 784 785 786
public boolean checkPossibility(int[] nums) {
    int cnt = 0;
    for (int i = 1; i < nums.length && cnt < 2; i++) {
        if (nums[i] >= nums[i - 1]) {
            continue;
        }
        cnt++;
        if (i - 2 >= 0 && nums[i - 2] > nums[i]) {
            nums[i] = nums[i - 1];
        } else {
            nums[i - 1] = nums[i];
        }
    }
    return cnt <= 1;
C
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787 788
}
```
C
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789

C
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790
**股票的最大收益** 
C
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791

C
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792
[122. Best Time to Buy and Sell Stock II (Easy)](https://leetcode.com/problems/best-time-to-buy-and-sell-stock-ii/description/)
C
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793

C
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794
题目描述:一次股票交易包含买入和卖出,多个交易之间不能交叉进行。
C
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795

C
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796
对于 [a, b, c, d],如果有 a <= b <= c <= d 那么最大收益为 d - a d - a = (d - c) + (c - b) + (b - a) 因此当访问到一个 prices[i]  prices[i] - prices[i-1] > 0,那么就把 prices[i] - prices[i-1] 添加到收益中,从而在局部最优的情况下也保证全局最优。
C
CyC2018 已提交
797

C
CyC2018 已提交
798
```java
C
CyC2018 已提交
799 800 801 802 803 804 805 806
public int maxProfit(int[] prices) {
    int profit = 0;
    for (int i = 1; i < prices.length; i++) {
        if (prices[i] > prices[i - 1]) {
            profit += (prices[i] - prices[i - 1]);
        }
    }
    return profit;
C
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807
}
C
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808 809
```

C
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810
**子数组最大的和** 
C
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811

C
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812
[53. Maximum Subarray (Easy)](https://leetcode.com/problems/maximum-subarray/description/)
C
CyC2018 已提交
813 814

```html
C
CyC2018 已提交
815 816
For example, given the array [-2,1,-3,4,-1,2,1,-5,4],
the contiguous subarray [4,-1,2,1] has the largest sum = 6.
C
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817 818 819
```

```java
C
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820 821 822 823 824 825 826 827 828 829 830
public int maxSubArray(int[] nums) {
    if (nums == null || nums.length == 0) {
        return 0;
    }
    int preSum = nums[0];
    int maxSum = preSum;
    for (int i = 1; i < nums.length; i++) {
        preSum = preSum > 0 ? preSum + nums[i] : nums[i];
        maxSum = Math.max(maxSum, preSum);
    }
    return maxSum;
C
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831 832 833
}
```

C
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834
**买入和售出股票最大的收益** 
C
CyC2018 已提交
835

C
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836
[121. Best Time to Buy and Sell Stock (Easy)](https://leetcode.com/problems/best-time-to-buy-and-sell-stock/description/)
C
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837 838 839 840 841 842

题目描述:只进行一次交易。

只要记录前面的最小价格,将这个最小价格作为买入价格,然后将当前的价格作为售出价格,查看当前收益是不是最大收益。

```java
C
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843 844 845 846 847 848 849 850 851 852
public int maxProfit(int[] prices) {
    int n = prices.length;
    if (n == 0) return 0;
    int soFarMin = prices[0];
    int max = 0;
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        if (soFarMin > prices[i]) soFarMin = prices[i];
        else max = Math.max(max, prices[i] - soFarMin);
    }
    return max;
C
CyC2018 已提交
853 854 855
}
```

C
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856
## 二分查找
C
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857

C
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858
**正常实现** 
C
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859

C
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860
```java
C
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861 862 863 864 865 866 867 868 869 870 871 872 873
public int binarySearch(int[] nums, int key) {
    int l = 0, h = nums.length - 1;
    while (l <= h) {
        int m = l + (h - l) / 2;
        if (nums[m] == key) {
            return m;
        } else if (nums[m] > key) {
            h = m - 1;
        } else {
            l = m + 1;
        }
    }
    return -1;
C
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874
}
C
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875 876
```

C
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877
**时间复杂度** 
C
CyC2018 已提交
878

C
CyC2018 已提交
879
二分查找也称为折半查找,每次都能将查找区间减半,这种折半特性的算法时间复杂度为 O(logN)。
C
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880

C
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881
**m 计算** 
C
CyC2018 已提交
882

C
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883
有两种计算中值 m 的方式:
C
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884

C
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885 886
- m = (l + h) / 2
- m = l + (h - l) / 2
C
CyC2018 已提交
887

C
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888
l + h 可能出现加法溢出,最好使用第二种方式。
C
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889

C
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890
**返回值** 
C
CyC2018 已提交
891

C
CyC2018 已提交
892
循环退出时如果仍然没有查找到 key,那么表示查找失败。可以有两种返回值:
C
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893

C
CyC2018 已提交
894 895
- -1:以一个错误码表示没有查找到 key
- l:将 key 插入到 nums 中的正确位置
C
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896

C
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897
**变种** 
C
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898

C
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899
二分查找可以有很多变种,变种实现要注意边界值的判断。例如在一个有重复元素的数组中查找 key 的最左位置的实现如下:
C
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900 901

```java
C
CyC2018 已提交
902 903 904 905 906 907 908 909 910 911 912
public int binarySearch(int[] nums, int key) {
    int l = 0, h = nums.length - 1;
    while (l < h) {
        int m = l + (h - l) / 2;
        if (nums[m] >= key) {
            h = m;
        } else {
            l = m + 1;
        }
    }
    return l;
C
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913
}
C
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914
```
C
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915

C
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916 917
该实现和正常实现有以下不同:

C
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918 919 920
- 循环条件为 l < h
- h 的赋值表达式为 h = m
- 最后返回 l 而不是 -1
C
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921

C
CyC2018 已提交
922
在 nums[m] >= key 的情况下,可以推导出最左 key 位于 [l, m] 区间中,这是一个闭区间。h 的赋值表达式为 h = m,因为 m 位置也可能是解。
C
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923

C
CyC2018 已提交
924
在 h 的赋值表达式为 h = mid 的情况下,如果循环条件为 l <= h,那么会出现循环无法退出的情况,因此循环条件只能是 l < h。以下演示了循环条件为 l <= h 时循环无法退出的情况:
C
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925 926

```text
C
CyC2018 已提交
927 928 929 930 931 932
nums = {0, 1, 2}, key = 1
l   m   h
0   1   2  nums[m] >= key
0   0   1  nums[m] < key
1   1   1  nums[m] >= key
1   1   1  nums[m] >= key
C
CyC2018 已提交
933 934 935
...
```

C
CyC2018 已提交
936
当循环体退出时,不表示没有查找到 key,因此最后返回的结果不应该为 -1。为了验证有没有查找到,需要在调用端判断一下返回位置上的值和 key 是否相等。
C
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937

C
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938
**求开方** 
C
CyC2018 已提交
939

C
CyC2018 已提交
940
[69. Sqrt(x) (Easy)](https://leetcode.com/problems/sqrtx/description/)
C
CyC2018 已提交
941 942

```html
C
CyC2018 已提交
943 944
Input: 4
Output: 2
C
CyC2018 已提交
945

C
CyC2018 已提交
946 947 948
Input: 8
Output: 2
Explanation: The square root of 8 is 2.82842..., and since we want to return an integer, the decimal part will be truncated.
C
CyC2018 已提交
949 950
```

C
CyC2018 已提交
951
一个数 x 的开方 sqrt 一定在 0 \~ x 之间,并且满足 sqrt == x / sqrt。可以利用二分查找在 0 \~ x 之间查找 sqrt。
C
CyC2018 已提交
952

C
CyC2018 已提交
953
对于 x = 8,它的开方是 2.82842...,最后应该返回 2 而不是 3。在循环条件为 l <= h 并且循环退出时,h 总是比 l 小 1,也就是说 h = 2,l = 3,因此最后的返回值应该为 h 而不是 l。
C
CyC2018 已提交
954 955

```java
C
CyC2018 已提交
956 957 958 959 960 961 962 963 964 965 966 967 968 969 970 971 972
public int mySqrt(int x) {
    if (x <= 1) {
        return x;
    }
    int l = 1, h = x;
    while (l <= h) {
        int mid = l + (h - l) / 2;
        int sqrt = x / mid;
        if (sqrt == mid) {
            return mid;
        } else if (mid > sqrt) {
            h = mid - 1;
        } else {
            l = mid + 1;
        }
    }
    return h;
C
CyC2018 已提交
973 974 975
}
```

C
CyC2018 已提交
976
**大于给定元素的最小元素** 
C
CyC2018 已提交
977

C
CyC2018 已提交
978
[744. Find Smallest Letter Greater Than Target (Easy)](https://leetcode.com/problems/find-smallest-letter-greater-than-target/description/)
C
CyC2018 已提交
979 980 981

```html
Input:
C
CyC2018 已提交
982 983 984
letters = ["c", "f", "j"]
target = "d"
Output: "f"
C
CyC2018 已提交
985 986

Input:
C
CyC2018 已提交
987 988 989
letters = ["c", "f", "j"]
target = "k"
Output: "c"
C
CyC2018 已提交
990 991
```

C
CyC2018 已提交
992
题目描述:给定一个有序的字符数组 letters 和一个字符 target,要求找出 letters 中大于 target 的最小字符,如果找不到就返回第 1 个字符。
C
CyC2018 已提交
993 994

```java
C
CyC2018 已提交
995 996 997 998 999 1000 1001 1002 1003 1004 1005 1006
public char nextGreatestLetter(char[] letters, char target) {
    int n = letters.length;
    int l = 0, h = n - 1;
    while (l <= h) {
        int m = l + (h - l) / 2;
        if (letters[m] <= target) {
            l = m + 1;
        } else {
            h = m - 1;
        }
    }
    return l < n ? letters[l] : letters[0];
C
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1007 1008 1009
}
```

C
CyC2018 已提交
1010
**有序数组的 Single Element** 
C
CyC2018 已提交
1011

C
CyC2018 已提交
1012
[540. Single Element in a Sorted Array (Medium)](https://leetcode.com/problems/single-element-in-a-sorted-array/description/)
C
CyC2018 已提交
1013 1014

```html
C
CyC2018 已提交
1015 1016
Input: [1, 1, 2, 3, 3, 4, 4, 8, 8]
Output: 2
C
CyC2018 已提交
1017 1018
```

C
CyC2018 已提交
1019
题目描述:一个有序数组只有一个数不出现两次,找出这个数。要求以 O(logN) 时间复杂度进行求解。
C
CyC2018 已提交
1020

C
CyC2018 已提交
1021
令 index 为 Single Element 在数组中的位置。如果 m 为偶数,并且 m + 1 < index那么 nums[m] == nums[m + 1];m + 1 >= index,那么 nums[m] != nums[m + 1]。
C
CyC2018 已提交
1022

C
CyC2018 已提交
1023
从上面的规律可以知道,如果 nums[m] == nums[m + 1],那么 index 所在的数组位置为 [m + 2, h],此时令 l = m + 2;如果 nums[m] != nums[m + 1],那么 index 所在的数组位置为 [l, m],此时令 h = m。
C
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1024

C
CyC2018 已提交
1025
因为 h 的赋值表达式为 h = m,那么循环条件也就只能使用 l < h 这种形式。
C
CyC2018 已提交
1026 1027

```java
C
CyC2018 已提交
1028 1029 1030 1031 1032 1033 1034 1035 1036 1037 1038 1039 1040 1041
public int singleNonDuplicate(int[] nums) {
    int l = 0, h = nums.length - 1;
    while (l < h) {
        int m = l + (h - l) / 2;
        if (m % 2 == 1) {
            m--;   // 保证 l/h/m 都在偶数位,使得查找区间大小一直都是奇数
        }
        if (nums[m] == nums[m + 1]) {
            l = m + 2;
        } else {
            h = m;
        }
    }
    return nums[l];
C
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1042 1043 1044
}
```

C
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1045
**第一个错误的版本** 
C
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1046

C
CyC2018 已提交
1047
[278. First Bad Version (Easy)](https://leetcode.com/problems/first-bad-version/description/)
C
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1048

C
CyC2018 已提交
1049
题目描述:给定一个元素 n 代表有 [1, 2, ..., n] 版本,可以调用 isBadVersion(int x) 知道某个版本是否错误,要求找到第一个错误的版本。
C
CyC2018 已提交
1050

C
CyC2018 已提交
1051
如果第 m 个版本出错,则表示第一个错误的版本在 [l, m] 之间,令 h = m;否则第一个错误的版本在 [m + 1, h] 之间,令 l = m + 1。
C
CyC2018 已提交
1052

C
CyC2018 已提交
1053
因为 h 的赋值表达式为 h = m,因此循环条件为 l < h。
C
CyC2018 已提交
1054 1055

```java
C
CyC2018 已提交
1056 1057 1058 1059 1060 1061 1062 1063 1064 1065 1066
public int firstBadVersion(int n) {
    int l = 1, h = n;
    while (l < h) {
        int mid = l + (h - l) / 2;
        if (isBadVersion(mid)) {
            h = mid;
        } else {
            l = mid + 1;
        }
    }
    return l;
C
CyC2018 已提交
1067 1068 1069
}
```

C
CyC2018 已提交
1070
**旋转数组的最小数字** 
C
CyC2018 已提交
1071

C
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1072
[153. Find Minimum in Rotated Sorted Array (Medium)](https://leetcode.com/problems/find-minimum-in-rotated-sorted-array/description/)
C
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1073 1074

```html
C
CyC2018 已提交
1075 1076
Input: [3,4,5,1,2],
Output: 1
C
CyC2018 已提交
1077 1078 1079
```

```java
C
CyC2018 已提交
1080 1081 1082 1083 1084 1085 1086 1087 1088 1089 1090
public int findMin(int[] nums) {
    int l = 0, h = nums.length - 1;
    while (l < h) {
        int m = l + (h - l) / 2;
        if (nums[m] <= nums[h]) {
            h = m;
        } else {
            l = m + 1;
        }
    }
    return nums[l];
C
CyC2018 已提交
1091 1092 1093
}
```

C
CyC2018 已提交
1094
**查找区间** 
C
CyC2018 已提交
1095

C
CyC2018 已提交
1096
[34. Search for a Range (Medium)](https://leetcode.com/problems/search-for-a-range/description/)
C
CyC2018 已提交
1097 1098

```html
C
CyC2018 已提交
1099 1100
Input: nums = [5,7,7,8,8,10], target = 8
Output: [3,4]
C
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1101

C
CyC2018 已提交
1102 1103
Input: nums = [5,7,7,8,8,10], target = 6
Output: [-1,-1]
C
CyC2018 已提交
1104 1105 1106
```

```java
C
CyC2018 已提交
1107 1108 1109 1110 1111 1112 1113 1114
public int[] searchRange(int[] nums, int target) {
    int first = binarySearch(nums, target);
    int last = binarySearch(nums, target + 1) - 1;
    if (first == nums.length || nums[first] != target) {
        return new int[]{-1, -1};
    } else {
        return new int[]{first, Math.max(first, last)};
    }
C
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1115 1116
}

C
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1117 1118 1119 1120 1121 1122 1123 1124 1125 1126 1127
private int binarySearch(int[] nums, int target) {
    int l = 0, h = nums.length; // 注意 h 的初始值
    while (l < h) {
        int m = l + (h - l) / 2;
        if (nums[m] >= target) {
            h = m;
        } else {
            l = m + 1;
        }
    }
    return l;
C
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1128 1129 1130
}
```

C
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1131
## 分治
C
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1132

C
CyC2018 已提交
1133
**给表达式加括号** 
C
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1134

C
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1135
[241. Different Ways to Add Parentheses (Medium)](https://leetcode.com/problems/different-ways-to-add-parentheses/description/)
C
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1136 1137

```html
C
CyC2018 已提交
1138
Input: "2-1-1".
C
CyC2018 已提交
1139

C
CyC2018 已提交
1140 1141
((2-1)-1) = 0
(2-(1-1)) = 2
C
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1142

C
CyC2018 已提交
1143
Output : [0, 2]
C
CyC2018 已提交
1144 1145 1146
```

```java
C
CyC2018 已提交
1147 1148 1149 1150 1151 1152 1153 1154 1155 1156 1157 1158 1159 1160 1161 1162 1163 1164 1165 1166 1167 1168 1169 1170 1171 1172 1173 1174
public List<Integer> diffWaysToCompute(String input) {
    List<Integer> ways = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < input.length(); i++) {
        char c = input.charAt(i);
        if (c == '+' || c == '-' || c == '*') {
            List<Integer> left = diffWaysToCompute(input.substring(0, i));
            List<Integer> right = diffWaysToCompute(input.substring(i + 1));
            for (int l : left) {
                for (int r : right) {
                    switch (c) {
                        case '+':
                            ways.add(l + r);
                            break;
                        case '-':
                            ways.add(l - r);
                            break;
                        case '*':
                            ways.add(l * r);
                            break;
                    }
                }
            }
        }
    }
    if (ways.size() == 0) {
        ways.add(Integer.valueOf(input));
    }
    return ways;
C
CyC2018 已提交
1175 1176 1177
}
```

C
CyC2018 已提交
1178
## 搜索
C
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1179 1180 1181

深度优先搜索和广度优先搜索广泛运用于树和图中,但是它们的应用远远不止如此。

C
CyC2018 已提交
1182
### BFS
C
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1183

C
CyC2018 已提交
1184
<div align="center"> <img src="pics/4ff355cf-9a7f-4468-af43-e5b02038facc.jpg"/> </div><br>
C
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1185

C
CyC2018 已提交
1186
广度优先搜索一层一层地进行遍历,每层遍历都以上一层遍历的结果作为起点,遍历一个距离能访问到的所有节点。需要注意的是,遍历过的节点不能再次被遍历。
C
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1187 1188 1189

第一层:

C
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1190
- 0 -> {6,2,1,5}
C
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1191 1192 1193

第二层:

C
CyC2018 已提交
1194 1195 1196 1197
- 6 -> {4}
- 2 -> {}
- 1 -> {}
- 5 -> {3}
C
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1198 1199 1200

第三层:

C
CyC2018 已提交
1201 1202
- 4 -> {}
- 3 -> {}
C
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1203

C
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1204
每一层遍历的节点都与根节点距离相同。设 d<sub>i</sub> 表示第 i 个节点与根节点的距离,推导出一个结论:对于先遍历的节点 i 与后遍历的节点 j,有 d<sub>i</sub> <= d<sub>j</sub>。利用这个结论,可以求解最短路径等  **最优解**  问题:第一次遍历到目的节点,其所经过的路径为最短路径。应该注意的是,使用 BFS 只能求解无权图的最短路径。
C
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1205

C
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1206
在程序实现 BFS 时需要考虑以下问题:
C
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1207

C
CyC2018 已提交
1208 1209
- 队列:用来存储每一轮遍历得到的节点;
- 标记:对于遍历过的节点,应该将它标记,防止重复遍历。
C
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1210

C
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1211
**计算在网格中从原点到特定点的最短路径长度** 
C
CyC2018 已提交
1212 1213 1214

```html
[[1,1,0,1],
C
CyC2018 已提交
1215 1216 1217
 [1,0,1,0],
 [1,1,1,1],
 [1,0,1,1]]
C
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1218 1219
```

C
CyC2018 已提交
1220
1 表示可以经过某个位置,求解从 (0, 0) 位置到 (tr, tc) 位置的最短路径长度。
C
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1221 1222

```java
C
CyC2018 已提交
1223 1224 1225 1226 1227 1228 1229 1230 1231 1232 1233 1234 1235 1236 1237 1238 1239 1240 1241 1242 1243 1244 1245 1246 1247 1248
public int minPathLength(int[][] grids, int tr, int tc) {
    final int[][] direction = {{1, 0}, {-1, 0}, {0, 1}, {0, -1}};
    final int m = grids.length, n = grids[0].length;
    Queue<Pair<Integer, Integer>> queue = new LinkedList<>();
    queue.add(new Pair<>(0, 0));
    int pathLength = 0;
    while (!queue.isEmpty()) {
        int size = queue.size();
        pathLength++;
        while (size-- > 0) {
            Pair<Integer, Integer> cur = queue.poll();
            int cr = cur.getKey(), cc = cur.getValue();
            grids[cr][cc] = 0; // 标记
            for (int[] d : direction) {
                int nr = cr + d[0], nc = cc + d[1];
                if (nr < 0 || nr >= m || nc < 0 || nc >= n || grids[nr][nc] == 0) {
                    continue;
                }
                if (nr == tr && nc == tc) {
                    return pathLength;
                }
                queue.add(new Pair<>(nr, nc));
            }
        }
    }
    return -1;
C
CyC2018 已提交
1249 1250 1251
}
```

C
CyC2018 已提交
1252
**组成整数的最小平方数数量** 
C
CyC2018 已提交
1253

C
CyC2018 已提交
1254
[279. Perfect Squares (Medium)](https://leetcode.com/problems/perfect-squares/description/)
C
CyC2018 已提交
1255 1256

```html
C
CyC2018 已提交
1257
For example, given n = 12, return 3 because 12 = 4 + 4 + 4; given n = 13, return 2 because 13 = 4 + 9.
C
CyC2018 已提交
1258 1259 1260 1261
```

可以将每个整数看成图中的一个节点,如果两个整数之差为一个平方数,那么这两个整数所在的节点就有一条边。

C
CyC2018 已提交
1262
要求解最小的平方数数量,就是求解从节点 n 到节点 0 的最短路径。
C
CyC2018 已提交
1263 1264 1265 1266

本题也可以用动态规划求解,在之后动态规划部分中会再次出现。

```java
C
CyC2018 已提交
1267 1268 1269 1270 1271 1272 1273 1274 1275 1276 1277 1278 1279 1280 1281 1282 1283 1284 1285 1286 1287 1288 1289 1290 1291 1292 1293 1294 1295
public int numSquares(int n) {
    List<Integer> squares = generateSquares(n);
    Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
    boolean[] marked = new boolean[n + 1];
    queue.add(n);
    marked[n] = true;
    int level = 0;
    while (!queue.isEmpty()) {
        int size = queue.size();
        level++;
        while (size-- > 0) {
            int cur = queue.poll();
            for (int s : squares) {
                int next = cur - s;
                if (next < 0) {
                    break;
                }
                if (next == 0) {
                    return level;
                }
                if (marked[next]) {
                    continue;
                }
                marked[next] = true;
                queue.add(next);
            }
        }
    }
    return n;
C
CyC2018 已提交
1296 1297 1298
}

/**
C
CyC2018 已提交
1299 1300 1301 1302 1303 1304 1305 1306 1307 1308 1309 1310 1311
 * 生成小于 n 的平方数序列
 * @return 1,4,9,...
 */
private List<Integer> generateSquares(int n) {
    List<Integer> squares = new ArrayList<>();
    int square = 1;
    int diff = 3;
    while (square <= n) {
        squares.add(square);
        square += diff;
        diff += 2;
    }
    return squares;
C
CyC2018 已提交
1312 1313 1314
}
```

C
CyC2018 已提交
1315
**最短单词路径** 
C
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1316

C
CyC2018 已提交
1317
[127. Word Ladder (Medium)](https://leetcode.com/problems/word-ladder/description/)
C
CyC2018 已提交
1318 1319 1320

```html
Input:
C
CyC2018 已提交
1321 1322 1323
beginWord = "hit",
endWord = "cog",
wordList = ["hot","dot","dog","lot","log","cog"]
C
CyC2018 已提交
1324

C
CyC2018 已提交
1325
Output: 5
C
CyC2018 已提交
1326

C
CyC2018 已提交
1327 1328
Explanation: As one shortest transformation is "hit" -> "hot" -> "dot" -> "dog" -> "cog",
return its length 5.
C
CyC2018 已提交
1329 1330 1331 1332
```

```html
Input:
C
CyC2018 已提交
1333 1334 1335 1336 1337 1338 1339 1340 1341 1342 1343 1344 1345 1346 1347 1348 1349 1350 1351 1352 1353 1354 1355 1356 1357 1358 1359 1360 1361 1362 1363 1364 1365 1366 1367 1368 1369 1370 1371 1372 1373 1374 1375 1376 1377 1378 1379 1380 1381 1382 1383 1384 1385 1386 1387 1388 1389 1390 1391 1392 1393 1394 1395 1396 1397 1398 1399 1400 1401 1402 1403 1404 1405 1406 1407 1408 1409 1410 1411 1412 1413
beginWord = "hit"
endWord = "cog"
wordList = ["hot","dot","dog","lot","log"]

Output: 0

Explanation: The endWord "cog" is not in wordList, therefore no possible transformation.
```

题目描述:找出一条从 beginWord 到 endWord 的最短路径,每次移动规定为改变一个字符,并且改变之后的字符串必须在 wordList 中。

```java
public int ladderLength(String beginWord, String endWord, List<String> wordList) {
    wordList.add(beginWord);
    int N = wordList.size();
    int start = N - 1;
    int end = 0;
    while (end < N && !wordList.get(end).equals(endWord)) {
        end++;
    }
    if (end == N) {
        return 0;
    }
    List<Integer>[] graphic = buildGraphic(wordList);
    return getShortestPath(graphic, start, end);
}

private List<Integer>[] buildGraphic(List<String> wordList) {
    int N = wordList.size();
    List<Integer>[] graphic = new List[N];
    for (int i = 0; i < N; i++) {
        graphic[i] = new ArrayList<>();
        for (int j = 0; j < N; j++) {
            if (isConnect(wordList.get(i), wordList.get(j))) {
                graphic[i].add(j);
            }
        }
    }
    return graphic;
}

private boolean isConnect(String s1, String s2) {
    int diffCnt = 0;
    for (int i = 0; i < s1.length() && diffCnt <= 1; i++) {
        if (s1.charAt(i) != s2.charAt(i)) {
            diffCnt++;
        }
    }
    return diffCnt == 1;
}

private int getShortestPath(List<Integer>[] graphic, int start, int end) {
    Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
    boolean[] marked = new boolean[graphic.length];
    queue.add(start);
    marked[start] = true;
    int path = 1;
    while (!queue.isEmpty()) {
        int size = queue.size();
        path++;
        while (size-- > 0) {
            int cur = queue.poll();
            for (int next : graphic[cur]) {
                if (next == end) {
                    return path;
                }
                if (marked[next]) {
                    continue;
                }
                marked[next] = true;
                queue.add(next);
            }
        }
    }
    return 0;
}
```

### DFS

<div align="center"> <img src="pics/f7f7e3e5-7dd4-4173-9999-576b9e2ac0a2.png"/> </div><br>
C
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1414

C
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1415
广度优先搜索一层一层遍历,每一层得到的所有新节点,要用队列存储起来以备下一层遍历的时候再遍历。
C
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1416

C
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1417
而深度优先搜索在得到一个新节点时立即对新节点进行遍历:从节点 0 出发开始遍历,得到到新节点 6 时,立马对新节点 6 进行遍历,得到新节点 4;如此反复以这种方式遍历新节点,直到没有新节点了,此时返回。返回到根节点 0 的情况是,继续对根节点 0 进行遍历,得到新节点 2,然后继续以上步骤。
C
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1418

C
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1419
从一个节点出发,使用 DFS 对一个图进行遍历时,能够遍历到的节点都是从初始节点可达的,DFS 常用来求解这种  **可达性**  问题。
C
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1420

C
CyC2018 已提交
1421
在程序实现 DFS 时需要考虑以下问题:
C
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1422

C
CyC2018 已提交
1423 1424
- 栈:用栈来保存当前节点信息,当遍历新节点返回时能够继续遍历当前节点。可以使用递归栈。
- 标记:和 BFS 一样同样需要对已经遍历过的节点进行标记。
C
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1425

C
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1426
**查找最大的连通面积** 
C
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1427

C
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1428
[695. Max Area of Island (Easy)](https://leetcode.com/problems/max-area-of-island/description/)
C
CyC2018 已提交
1429 1430 1431

```html
[[0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0],
C
CyC2018 已提交
1432 1433 1434 1435 1436 1437 1438
 [0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,0,0,0],
 [0,1,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0],
 [0,1,0,0,1,1,0,0,1,0,1,0,0],
 [0,1,0,0,1,1,0,0,1,1,1,0,0],
 [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0],
 [0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,0,0,0],
 [0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0]]
C
CyC2018 已提交
1439 1440 1441
```

```java
C
CyC2018 已提交
1442 1443
private int m, n;
private int[][] direction = {{0, 1}, {0, -1}, {1, 0}, {-1, 0}};
C
CyC2018 已提交
1444

C
CyC2018 已提交
1445 1446 1447 1448 1449 1450 1451 1452 1453 1454 1455 1456 1457
public int maxAreaOfIsland(int[][] grid) {
    if (grid == null || grid.length == 0) {
        return 0;
    }
    m = grid.length;
    n = grid[0].length;
    int maxArea = 0;
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            maxArea = Math.max(maxArea, dfs(grid, i, j));
        }
    }
    return maxArea;
C
CyC2018 已提交
1458 1459
}

C
CyC2018 已提交
1460 1461 1462 1463 1464 1465 1466 1467 1468 1469
private int dfs(int[][] grid, int r, int c) {
    if (r < 0 || r >= m || c < 0 || c >= n || grid[r][c] == 0) {
        return 0;
    }
    grid[r][c] = 0;
    int area = 1;
    for (int[] d : direction) {
        area += dfs(grid, r + d[0], c + d[1]);
    }
    return area;
C
CyC2018 已提交
1470 1471 1472
}
```

C
CyC2018 已提交
1473
**矩阵中的连通分量数目** 
C
CyC2018 已提交
1474

C
CyC2018 已提交
1475
[200. Number of Islands (Medium)](https://leetcode.com/problems/number-of-islands/description/)
C
CyC2018 已提交
1476 1477

```html
C
CyC2018 已提交
1478
Input:
C
CyC2018 已提交
1479
11000
C
CyC2018 已提交
1480 1481 1482 1483
11000
00100
00011

C
CyC2018 已提交
1484
Output: 3
C
CyC2018 已提交
1485 1486
```

C
CyC2018 已提交
1487 1488
可以将矩阵表示看成一张有向图。

C
CyC2018 已提交
1489
```java
C
CyC2018 已提交
1490 1491
private int m, n;
private int[][] direction = {{0, 1}, {0, -1}, {1, 0}, {-1, 0}};
C
CyC2018 已提交
1492

C
CyC2018 已提交
1493 1494 1495 1496 1497 1498 1499 1500 1501 1502 1503 1504 1505 1506 1507 1508
public int numIslands(char[][] grid) {
    if (grid == null || grid.length == 0) {
        return 0;
    }
    m = grid.length;
    n = grid[0].length;
    int islandsNum = 0;
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            if (grid[i][j] != '0') {
                dfs(grid, i, j);
                islandsNum++;
            }
        }
    }
    return islandsNum;
C
CyC2018 已提交
1509 1510
}

C
CyC2018 已提交
1511 1512 1513 1514 1515 1516 1517 1518
private void dfs(char[][] grid, int i, int j) {
    if (i < 0 || i >= m || j < 0 || j >= n || grid[i][j] == '0') {
        return;
    }
    grid[i][j] = '0';
    for (int[] d : direction) {
        dfs(grid, i + d[0], j + d[1]);
    }
C
CyC2018 已提交
1519 1520 1521
}
```

C
CyC2018 已提交
1522
**好友关系的连通分量数目** 
C
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1523

C
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1524
[547. Friend Circles (Medium)](https://leetcode.com/problems/friend-circles/description/)
C
CyC2018 已提交
1525 1526

```html
C
CyC2018 已提交
1527 1528
Input:
[[1,1,0],
C
CyC2018 已提交
1529 1530
 [1,1,0],
 [0,0,1]]
C
CyC2018 已提交
1531

C
CyC2018 已提交
1532
Output: 2
C
CyC2018 已提交
1533

C
CyC2018 已提交
1534 1535
Explanation:The 0th and 1st students are direct friends, so they are in a friend circle.
The 2nd student himself is in a friend circle. So return 2.
C
CyC2018 已提交
1536 1537
```

C
CyC2018 已提交
1538
题目描述:好友关系可以看成是一个无向图,例如第 0 个人与第 1 个人是好友,那么 M[0][1] 和 M[1][0] 的值都为 1。
C
CyC2018 已提交
1539 1540

```java
C
CyC2018 已提交
1541
private int n;
C
CyC2018 已提交
1542

C
CyC2018 已提交
1543 1544 1545 1546 1547 1548 1549 1550 1551 1552 1553
public int findCircleNum(int[][] M) {
    n = M.length;
    int circleNum = 0;
    boolean[] hasVisited = new boolean[n];
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        if (!hasVisited[i]) {
            dfs(M, i, hasVisited);
            circleNum++;
        }
    }
    return circleNum;
C
CyC2018 已提交
1554 1555
}

C
CyC2018 已提交
1556 1557 1558 1559 1560 1561 1562
private void dfs(int[][] M, int i, boolean[] hasVisited) {
    hasVisited[i] = true;
    for (int k = 0; k < n; k++) {
        if (M[i][k] == 1 && !hasVisited[k]) {
            dfs(M, k, hasVisited);
        }
    }
C
CyC2018 已提交
1563 1564 1565
}
```

C
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1566
**填充封闭区域** 
C
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1567

C
CyC2018 已提交
1568
[130. Surrounded Regions (Medium)](https://leetcode.com/problems/surrounded-regions/description/)
C
CyC2018 已提交
1569 1570

```html
C
CyC2018 已提交
1571 1572 1573 1574 1575
For example,
X X X X
X O O X
X X O X
X O X X
C
CyC2018 已提交
1576

C
CyC2018 已提交
1577 1578 1579 1580 1581
After running your function, the board should be:
X X X X
X X X X
X X X X
X O X X
C
CyC2018 已提交
1582 1583
```

C
CyC2018 已提交
1584
题目描述:使被 'X' 包围的 'O' 转换为 'X'。
C
CyC2018 已提交
1585 1586 1587 1588

先填充最外侧,剩下的就是里侧了。

```java
C
CyC2018 已提交
1589 1590
private int[][] direction = {{0, 1}, {0, -1}, {1, 0}, {-1, 0}};
private int m, n;
C
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1591

C
CyC2018 已提交
1592 1593 1594 1595
public void solve(char[][] board) {
    if (board == null || board.length == 0) {
        return;
    }
C
CyC2018 已提交
1596

C
CyC2018 已提交
1597 1598
    m = board.length;
    n = board[0].length;
C
CyC2018 已提交
1599

C
CyC2018 已提交
1600 1601 1602 1603 1604 1605 1606 1607
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        dfs(board, i, 0);
        dfs(board, i, n - 1);
    }
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        dfs(board, 0, i);
        dfs(board, m - 1, i);
    }
C
CyC2018 已提交
1608

C
CyC2018 已提交
1609 1610 1611 1612 1613 1614 1615 1616 1617
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            if (board[i][j] == 'T') {
                board[i][j] = 'O';
            } else if (board[i][j] == 'O') {
                board[i][j] = 'X';
            }
        }
    }
C
CyC2018 已提交
1618 1619
}

C
CyC2018 已提交
1620 1621 1622 1623 1624 1625 1626 1627
private void dfs(char[][] board, int r, int c) {
    if (r < 0 || r >= m || c < 0 || c >= n || board[r][c] != 'O') {
        return;
    }
    board[r][c] = 'T';
    for (int[] d : direction) {
        dfs(board, r + d[0], c + d[1]);
    }
C
CyC2018 已提交
1628 1629 1630
}
```

C
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1631
**能到达的太平洋和大西洋的区域** 
C
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1632

C
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1633
[417. Pacific Atlantic Water Flow (Medium)](https://leetcode.com/problems/pacific-atlantic-water-flow/description/)
C
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1634 1635

```html
C
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1636
Given the following 5x5 matrix:
C
CyC2018 已提交
1637

C
CyC2018 已提交
1638 1639 1640 1641 1642 1643 1644
  Pacific ~   ~   ~   ~   ~
       ~  1   2   2   3  (5) *
       ~  3   2   3  (4) (4) *
       ~  2   4  (5)  3   1  *
       ~ (6) (7)  1   4   5  *
       ~ (5)  1   1   2   4  *
          *   *   *   *   * Atlantic
C
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1645 1646

Return:
C
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1647
[[0, 4], [1, 3], [1, 4], [2, 2], [3, 0], [3, 1], [4, 0]] (positions with parentheses in above matrix).
C
CyC2018 已提交
1648 1649
```

C
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1650
左边和上边是太平洋,右边和下边是大西洋,内部的数字代表海拔,海拔高的地方的水能够流到低的地方,求解水能够流到太平洋和大西洋的所有位置。
C
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1651 1652

```java
C
CyC2018 已提交
1653

C
CyC2018 已提交
1654 1655 1656
private int m, n;
private int[][] matrix;
private int[][] direction = {{0, 1}, {0, -1}, {1, 0}, {-1, 0}};
C
CyC2018 已提交
1657

C
CyC2018 已提交
1658 1659 1660 1661 1662
public List<int[]> pacificAtlantic(int[][] matrix) {
    List<int[]> ret = new ArrayList<>();
    if (matrix == null || matrix.length == 0) {
        return ret;
    }
C
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1663

C
CyC2018 已提交
1664 1665 1666 1667 1668
    m = matrix.length;
    n = matrix[0].length;
    this.matrix = matrix;
    boolean[][] canReachP = new boolean[m][n];
    boolean[][] canReachA = new boolean[m][n];
C
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1669

C
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1670 1671 1672 1673 1674 1675 1676 1677
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        dfs(i, 0, canReachP);
        dfs(i, n - 1, canReachA);
    }
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        dfs(0, i, canReachP);
        dfs(m - 1, i, canReachA);
    }
C
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1678

C
CyC2018 已提交
1679 1680 1681 1682 1683 1684 1685
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            if (canReachP[i][j] && canReachA[i][j]) {
                ret.add(new int[]{i, j});
            }
        }
    }
C
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1686

C
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1687
    return ret;
C
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1688 1689
}

C
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1690 1691 1692 1693 1694 1695 1696 1697 1698 1699
private void dfs(int r, int c, boolean[][] canReach) {
    if (canReach[r][c]) {
        return;
    }
    canReach[r][c] = true;
    for (int[] d : direction) {
        int nextR = d[0] + r;
        int nextC = d[1] + c;
        if (nextR < 0 || nextR >= m || nextC < 0 || nextC >= n
                || matrix[r][c] > matrix[nextR][nextC]) {
C
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1700

C
CyC2018 已提交
1701 1702 1703 1704
            continue;
        }
        dfs(nextR, nextC, canReach);
    }
C
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1705 1706 1707
}
```

C
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1708
### Backtracking
C
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1709

C
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1710
Backtracking(回溯)属于 DFS。
C
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1711

C
CyC2018 已提交
1712 1713
- 普通 DFS 主要用在  **可达性问题** ,这种问题只需要执行到特点的位置然后返回即可。
- 而 Backtracking 主要用于求解  **排列组合**  问题,例如有 { 'a','b','c' } 三个字符,求解所有由这三个字符排列得到的字符串,这种问题在执行到特定的位置返回之后还会继续执行求解过程。
C
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1714

C
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1715
因为 Backtracking 不是立即就返回,而要继续求解,因此在程序实现时,需要注意对元素的标记问题:
C
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1716

C
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1717 1718
- 在访问一个新元素进入新的递归调用时,需要将新元素标记为已经访问,这样才能在继续递归调用时不用重复访问该元素;
- 但是在递归返回时,需要将元素标记为未访问,因为只需要保证在一个递归链中不同时访问一个元素,可以访问已经访问过但是不在当前递归链中的元素。
C
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1719

C
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1720
**数字键盘组合** 
C
CyC2018 已提交
1721

C
CyC2018 已提交
1722
[17. Letter Combinations of a Phone Number (Medium)](https://leetcode.com/problems/letter-combinations-of-a-phone-number/description/)
C
CyC2018 已提交
1723

C
CyC2018 已提交
1724
<div align="center"> <img src="pics/a3f34241-bb80-4879-8ec9-dff2d81b514e.jpg"/> </div><br>
C
CyC2018 已提交
1725 1726

```html
C
CyC2018 已提交
1727 1728
Input:Digit string "23"
Output: ["ad", "ae", "af", "bd", "be", "bf", "cd", "ce", "cf"].
C
CyC2018 已提交
1729 1730 1731
```

```java
C
CyC2018 已提交
1732
private static final String[] KEYS = {"", "", "abc", "def", "ghi", "jkl", "mno", "pqrs", "tuv", "wxyz"};
C
CyC2018 已提交
1733

C
CyC2018 已提交
1734 1735 1736 1737 1738 1739 1740
public List<String> letterCombinations(String digits) {
    List<String> combinations = new ArrayList<>();
    if (digits == null || digits.length() == 0) {
        return combinations;
    }
    doCombination(new StringBuilder(), combinations, digits);
    return combinations;
C
CyC2018 已提交
1741 1742
}

C
CyC2018 已提交
1743 1744 1745 1746 1747 1748 1749 1750 1751 1752 1753 1754
private void doCombination(StringBuilder prefix, List<String> combinations, final String digits) {
    if (prefix.length() == digits.length()) {
        combinations.add(prefix.toString());
        return;
    }
    int curDigits = digits.charAt(prefix.length()) - '0';
    String letters = KEYS[curDigits];
    for (char c : letters.toCharArray()) {
        prefix.append(c);                         // 添加
        doCombination(prefix, combinations, digits);
        prefix.deleteCharAt(prefix.length() - 1); // 删除
    }
C
CyC2018 已提交
1755 1756 1757
}
```

C
CyC2018 已提交
1758
**IP 地址划分** 
C
CyC2018 已提交
1759

C
CyC2018 已提交
1760
[93. Restore IP Addresses(Medium)](https://leetcode.com/problems/restore-ip-addresses/description/)
C
CyC2018 已提交
1761 1762

```html
C
CyC2018 已提交
1763 1764
Given "25525511135",
return ["255.255.11.135", "255.255.111.35"].
C
CyC2018 已提交
1765 1766 1767
```

```java
C
CyC2018 已提交
1768 1769 1770 1771 1772
public List<String> restoreIpAddresses(String s) {
    List<String> addresses = new ArrayList<>();
    StringBuilder tempAddress = new StringBuilder();
    doRestore(0, tempAddress, addresses, s);
    return addresses;
C
CyC2018 已提交
1773 1774
}

C
CyC2018 已提交
1775 1776 1777 1778 1779 1780 1781 1782 1783 1784 1785 1786 1787 1788 1789 1790 1791 1792 1793 1794 1795
private void doRestore(int k, StringBuilder tempAddress, List<String> addresses, String s) {
    if (k == 4 || s.length() == 0) {
        if (k == 4 && s.length() == 0) {
            addresses.add(tempAddress.toString());
        }
        return;
    }
    for (int i = 0; i < s.length() && i <= 2; i++) {
        if (i != 0 && s.charAt(0) == '0') {
            break;
        }
        String part = s.substring(0, i + 1);
        if (Integer.valueOf(part) <= 255) {
            if (tempAddress.length() != 0) {
                part = "." + part;
            }
            tempAddress.append(part);
            doRestore(k + 1, tempAddress, addresses, s.substring(i + 1));
            tempAddress.delete(tempAddress.length() - part.length(), tempAddress.length());
        }
    }
C
CyC2018 已提交
1796 1797 1798
}
```

C
CyC2018 已提交
1799
**在矩阵中寻找字符串** 
C
CyC2018 已提交
1800

C
CyC2018 已提交
1801
[79. Word Search (Medium)](https://leetcode.com/problems/word-search/description/)
C
CyC2018 已提交
1802 1803

```html
C
CyC2018 已提交
1804 1805
For example,
Given board =
C
CyC2018 已提交
1806
[
C
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1807 1808 1809
  ['A','B','C','E'],
  ['S','F','C','S'],
  ['A','D','E','E']
C
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1810
]
C
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1811 1812 1813
word = "ABCCED", -> returns true,
word = "SEE", -> returns true,
word = "ABCB", -> returns false.
C
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1814 1815 1816
```

```java
C
CyC2018 已提交
1817 1818 1819
private final static int[][] direction = {{1, 0}, {-1, 0}, {0, 1}, {0, -1}};
private int m;
private int n;
C
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1820

C
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1821 1822 1823 1824 1825 1826 1827
public boolean exist(char[][] board, String word) {
    if (word == null || word.length() == 0) {
        return true;
    }
    if (board == null || board.length == 0 || board[0].length == 0) {
        return false;
    }
C
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1828

C
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1829 1830 1831
    m = board.length;
    n = board[0].length;
    boolean[][] hasVisited = new boolean[m][n];
C
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1832

C
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1833 1834 1835 1836 1837 1838 1839
    for (int r = 0; r < m; r++) {
        for (int c = 0; c < n; c++) {
            if (backtracking(0, r, c, hasVisited, board, word)) {
                return true;
            }
        }
    }
C
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1840

C
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1841
    return false;
C
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1842 1843
}

C
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1844 1845 1846 1847 1848 1849
private boolean backtracking(int curLen, int r, int c, boolean[][] visited, final char[][] board, final String word) {
    if (curLen == word.length()) {
        return true;
    }
    if (r < 0 || r >= m || c < 0 || c >= n
            || board[r][c] != word.charAt(curLen) || visited[r][c]) {
C
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1850

C
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1851 1852
        return false;
    }
C
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1853

C
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1854
    visited[r][c] = true;
C
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1855

C
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1856 1857 1858 1859 1860
    for (int[] d : direction) {
        if (backtracking(curLen + 1, r + d[0], c + d[1], visited, board, word)) {
            return true;
        }
    }
C
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1861

C
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1862
    visited[r][c] = false;
C
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1863

C
CyC2018 已提交
1864
    return false;
C
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1865 1866 1867
}
```

C
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1868
**输出二叉树中所有从根到叶子的路径** 
C
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1869

C
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1870
[257. Binary Tree Paths (Easy)](https://leetcode.com/problems/binary-tree-paths/description/)
C
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1871 1872

```html
C
CyC2018 已提交
1873 1874 1875 1876 1877
  1
 /  \
2    3
 \
  5
C
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1878 1879 1880
```

```html
C
CyC2018 已提交
1881
["1->2->5", "1->3"]
C
CyC2018 已提交
1882 1883 1884
```

```java
C
CyC2018 已提交
1885

C
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1886 1887 1888 1889 1890 1891 1892 1893
public List<String> binaryTreePaths(TreeNode root) {
    List<String> paths = new ArrayList<>();
    if (root == null) {
        return paths;
    }
    List<Integer> values = new ArrayList<>();
    backtracking(root, values, paths);
    return paths;
C
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1894 1895
}

C
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1896 1897 1898 1899 1900 1901 1902 1903 1904 1905 1906 1907
private void backtracking(TreeNode node, List<Integer> values, List<String> paths) {
    if (node == null) {
        return;
    }
    values.add(node.val);
    if (isLeaf(node)) {
        paths.add(buildPath(values));
    } else {
        backtracking(node.left, values, paths);
        backtracking(node.right, values, paths);
    }
    values.remove(values.size() - 1);
C
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1908 1909
}

C
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1910 1911
private boolean isLeaf(TreeNode node) {
    return node.left == null && node.right == null;
C
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1912 1913
}

C
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1914 1915 1916 1917 1918 1919 1920 1921 1922
private String buildPath(List<Integer> values) {
    StringBuilder str = new StringBuilder();
    for (int i = 0; i < values.size(); i++) {
        str.append(values.get(i));
        if (i != values.size() - 1) {
            str.append("->");
        }
    }
    return str.toString();
C
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1923 1924 1925
}
```

C
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1926
**排列** 
C
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1927

C
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1928
[46. Permutations (Medium)](https://leetcode.com/problems/permutations/description/)
C
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1929 1930

```html
C
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1931
[1,2,3] have the following permutations:
C
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1932
[
C
CyC2018 已提交
1933 1934 1935 1936 1937 1938
  [1,2,3],
  [1,3,2],
  [2,1,3],
  [2,3,1],
  [3,1,2],
  [3,2,1]
C
CyC2018 已提交
1939 1940 1941 1942
]
```

```java
C
CyC2018 已提交
1943 1944 1945 1946 1947 1948
public List<List<Integer>> permute(int[] nums) {
    List<List<Integer>> permutes = new ArrayList<>();
    List<Integer> permuteList = new ArrayList<>();
    boolean[] hasVisited = new boolean[nums.length];
    backtracking(permuteList, permutes, hasVisited, nums);
    return permutes;
C
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1949 1950
}

C
CyC2018 已提交
1951 1952 1953 1954 1955 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965
private void backtracking(List<Integer> permuteList, List<List<Integer>> permutes, boolean[] visited, final int[] nums) {
    if (permuteList.size() == nums.length) {
        permutes.add(new ArrayList<>(permuteList)); // 重新构造一个 List
        return;
    }
    for (int i = 0; i < visited.length; i++) {
        if (visited[i]) {
            continue;
        }
        visited[i] = true;
        permuteList.add(nums[i]);
        backtracking(permuteList, permutes, visited, nums);
        permuteList.remove(permuteList.size() - 1);
        visited[i] = false;
    }
C
CyC2018 已提交
1966 1967 1968
}
```

C
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1969
**含有相同元素求排列** 
C
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1970

C
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1971
[47. Permutations II (Medium)](https://leetcode.com/problems/permutations-ii/description/)
C
CyC2018 已提交
1972 1973

```html
C
CyC2018 已提交
1974 1975
[1,1,2] have the following unique permutations:
[[1,1,2], [1,2,1], [2,1,1]]
C
CyC2018 已提交
1976 1977
```

C
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1978
数组元素可能含有相同的元素,进行排列时就有可能出现重复的排列,要求重复的排列只返回一个。
C
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1979

C
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1980
在实现上,和 Permutations 不同的是要先排序,然后在添加一个元素时,判断这个元素是否等于前一个元素,如果等于,并且前一个元素还未访问,那么就跳过这个元素。
C
CyC2018 已提交
1981 1982

```java
C
CyC2018 已提交
1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989
public List<List<Integer>> permuteUnique(int[] nums) {
    List<List<Integer>> permutes = new ArrayList<>();
    List<Integer> permuteList = new ArrayList<>();
    Arrays.sort(nums);  // 排序
    boolean[] hasVisited = new boolean[nums.length];
    backtracking(permuteList, permutes, hasVisited, nums);
    return permutes;
C
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1990 1991
}

C
CyC2018 已提交
1992 1993 1994 1995 1996
private void backtracking(List<Integer> permuteList, List<List<Integer>> permutes, boolean[] visited, final int[] nums) {
    if (permuteList.size() == nums.length) {
        permutes.add(new ArrayList<>(permuteList));
        return;
    }
C
CyC2018 已提交
1997

C
CyC2018 已提交
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
    for (int i = 0; i < visited.length; i++) {
        if (i != 0 && nums[i] == nums[i - 1] && !visited[i - 1]) {
            continue;  // 防止重复
        }
        if (visited[i]){
            continue;
        }
        visited[i] = true;
        permuteList.add(nums[i]);
        backtracking(permuteList, permutes, visited, nums);
        permuteList.remove(permuteList.size() - 1);
        visited[i] = false;
    }
C
CyC2018 已提交
2011 2012 2013
}
```

C
CyC2018 已提交
2014
**组合** 
C
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2015

C
CyC2018 已提交
2016
[77. Combinations (Medium)](https://leetcode.com/problems/combinations/description/)
C
CyC2018 已提交
2017 2018

```html
C
CyC2018 已提交
2019
If n = 4 and k = 2, a solution is:
C
CyC2018 已提交
2020
[
C
CyC2018 已提交
2021 2022 2023 2024 2025 2026
  [2,4],
  [3,4],
  [2,3],
  [1,2],
  [1,3],
  [1,4],
C
CyC2018 已提交
2027 2028 2029 2030
]
```

```java
C
CyC2018 已提交
2031 2032 2033 2034 2035
public List<List<Integer>> combine(int n, int k) {
    List<List<Integer>> combinations = new ArrayList<>();
    List<Integer> combineList = new ArrayList<>();
    backtracking(combineList, combinations, 1, k, n);
    return combinations;
C
CyC2018 已提交
2036 2037
}

C
CyC2018 已提交
2038 2039 2040 2041 2042 2043 2044 2045 2046 2047
private void backtracking(List<Integer> combineList, List<List<Integer>> combinations, int start, int k, final int n) {
    if (k == 0) {
        combinations.add(new ArrayList<>(combineList));
        return;
    }
    for (int i = start; i <= n - k + 1; i++) {  // 剪枝
        combineList.add(i);
        backtracking(combineList, combinations, i + 1, k - 1, n);
        combineList.remove(combineList.size() - 1);
    }
C
CyC2018 已提交
2048 2049 2050
}
```

C
CyC2018 已提交
2051
**组合求和** 
C
CyC2018 已提交
2052

C
CyC2018 已提交
2053
[39. Combination Sum (Medium)](https://leetcode.com/problems/combination-sum/description/)
C
CyC2018 已提交
2054 2055

```html
C
CyC2018 已提交
2056 2057 2058
given candidate set [2, 3, 6, 7] and target 7,
A solution set is:
[[7],[2, 2, 3]]
C
CyC2018 已提交
2059 2060 2061
```

```java
C
CyC2018 已提交
2062 2063 2064 2065
public List<List<Integer>> combinationSum(int[] candidates, int target) {
    List<List<Integer>> combinations = new ArrayList<>();
    backtracking(new ArrayList<>(), combinations, 0, target, candidates);
    return combinations;
C
CyC2018 已提交
2066
}
C
CyC2018 已提交
2067

C
CyC2018 已提交
2068 2069
private void backtracking(List<Integer> tempCombination, List<List<Integer>> combinations,
                          int start, int target, final int[] candidates) {
C
CyC2018 已提交
2070

C
CyC2018 已提交
2071 2072 2073 2074 2075 2076 2077 2078 2079 2080 2081
    if (target == 0) {
        combinations.add(new ArrayList<>(tempCombination));
        return;
    }
    for (int i = start; i < candidates.length; i++) {
        if (candidates[i] <= target) {
            tempCombination.add(candidates[i]);
            backtracking(tempCombination, combinations, i, target - candidates[i], candidates);
            tempCombination.remove(tempCombination.size() - 1);
        }
    }
C
CyC2018 已提交
2082
}
C
CyC2018 已提交
2083 2084
```

C
CyC2018 已提交
2085
**含有相同元素的求组合求和** 
C
CyC2018 已提交
2086

C
CyC2018 已提交
2087
[40. Combination Sum II (Medium)](https://leetcode.com/problems/combination-sum-ii/description/)
C
CyC2018 已提交
2088 2089

```html
C
CyC2018 已提交
2090 2091
For example, given candidate set [10, 1, 2, 7, 6, 1, 5] and target 8,
A solution set is:
C
CyC2018 已提交
2092
[
C
CyC2018 已提交
2093 2094 2095 2096
  [1, 7],
  [1, 2, 5],
  [2, 6],
  [1, 1, 6]
C
CyC2018 已提交
2097 2098 2099 2100
]
```

```java
C
CyC2018 已提交
2101 2102 2103 2104 2105
public List<List<Integer>> combinationSum2(int[] candidates, int target) {
    List<List<Integer>> combinations = new ArrayList<>();
    Arrays.sort(candidates);
    backtracking(new ArrayList<>(), combinations, new boolean[candidates.length], 0, target, candidates);
    return combinations;
C
CyC2018 已提交
2106 2107
}

C
CyC2018 已提交
2108 2109
private void backtracking(List<Integer> tempCombination, List<List<Integer>> combinations,
                          boolean[] hasVisited, int start, int target, final int[] candidates) {
C
CyC2018 已提交
2110

C
CyC2018 已提交
2111 2112 2113 2114 2115 2116 2117 2118 2119 2120 2121 2122 2123 2124 2125 2126
    if (target == 0) {
        combinations.add(new ArrayList<>(tempCombination));
        return;
    }
    for (int i = start; i < candidates.length; i++) {
        if (i != 0 && candidates[i] == candidates[i - 1] && !hasVisited[i - 1]) {
            continue;
        }
        if (candidates[i] <= target) {
            tempCombination.add(candidates[i]);
            hasVisited[i] = true;
            backtracking(tempCombination, combinations, hasVisited, i + 1, target - candidates[i], candidates);
            hasVisited[i] = false;
            tempCombination.remove(tempCombination.size() - 1);
        }
    }
C
CyC2018 已提交
2127 2128 2129
}
```

C
CyC2018 已提交
2130
**1-9 数字的组合求和** 
C
CyC2018 已提交
2131

C
CyC2018 已提交
2132
[216. Combination Sum III (Medium)](https://leetcode.com/problems/combination-sum-iii/description/)
C
CyC2018 已提交
2133 2134

```html
C
CyC2018 已提交
2135
Input: k = 3, n = 9
C
CyC2018 已提交
2136 2137 2138

Output:

C
CyC2018 已提交
2139
[[1,2,6], [1,3,5], [2,3,4]]
C
CyC2018 已提交
2140 2141
```

C
CyC2018 已提交
2142
从 1-9 数字中选出 k 个数不重复的数,使得它们的和为 n。
C
CyC2018 已提交
2143 2144

```java
C
CyC2018 已提交
2145 2146 2147 2148 2149
public List<List<Integer>> combinationSum3(int k, int n) {
    List<List<Integer>> combinations = new ArrayList<>();
    List<Integer> path = new ArrayList<>();
    backtracking(k, n, 1, path, combinations);
    return combinations;
C
CyC2018 已提交
2150 2151
}

C
CyC2018 已提交
2152 2153
private void backtracking(int k, int n, int start,
                          List<Integer> tempCombination, List<List<Integer>> combinations) {
C
CyC2018 已提交
2154

C
CyC2018 已提交
2155 2156 2157 2158 2159 2160 2161 2162 2163 2164 2165 2166
    if (k == 0 && n == 0) {
        combinations.add(new ArrayList<>(tempCombination));
        return;
    }
    if (k == 0 || n == 0) {
        return;
    }
    for (int i = start; i <= 9; i++) {
        tempCombination.add(i);
        backtracking(k - 1, n - i, i + 1, tempCombination, combinations);
        tempCombination.remove(tempCombination.size() - 1);
    }
C
CyC2018 已提交
2167 2168 2169
}
```

C
CyC2018 已提交
2170
**子集** 
C
CyC2018 已提交
2171

C
CyC2018 已提交
2172
[78. Subsets (Medium)](https://leetcode.com/problems/subsets/description/)
C
CyC2018 已提交
2173

C
CyC2018 已提交
2174
找出集合的所有子集,子集不能重复,[1, 2] 和 [2, 1] 这种子集算重复
C
CyC2018 已提交
2175 2176

```java
C
CyC2018 已提交
2177 2178 2179 2180 2181 2182 2183
public List<List<Integer>> subsets(int[] nums) {
    List<List<Integer>> subsets = new ArrayList<>();
    List<Integer> tempSubset = new ArrayList<>();
    for (int size = 0; size <= nums.length; size++) {
        backtracking(0, tempSubset, subsets, size, nums); // 不同的子集大小
    }
    return subsets;
C
CyC2018 已提交
2184 2185
}

C
CyC2018 已提交
2186 2187
private void backtracking(int start, List<Integer> tempSubset, List<List<Integer>> subsets,
                          final int size, final int[] nums) {
C
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2188

C
CyC2018 已提交
2189 2190 2191 2192 2193 2194 2195 2196 2197
    if (tempSubset.size() == size) {
        subsets.add(new ArrayList<>(tempSubset));
        return;
    }
    for (int i = start; i < nums.length; i++) {
        tempSubset.add(nums[i]);
        backtracking(i + 1, tempSubset, subsets, size, nums);
        tempSubset.remove(tempSubset.size() - 1);
    }
C
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2198 2199 2200
}
```

C
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2201
**含有相同元素求子集** 
C
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2202

C
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2203
[90. Subsets II (Medium)](https://leetcode.com/problems/subsets-ii/description/)
C
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2204 2205

```html
C
CyC2018 已提交
2206 2207
For example,
If nums = [1,2,2], a solution is:
C
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2208 2209

[
C
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2210 2211 2212 2213 2214 2215
  [2],
  [1],
  [1,2,2],
  [2,2],
  [1,2],
  []
C
CyC2018 已提交
2216 2217 2218 2219
]
```

```java
C
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2220 2221 2222 2223 2224 2225 2226 2227 2228
public List<List<Integer>> subsetsWithDup(int[] nums) {
    Arrays.sort(nums);
    List<List<Integer>> subsets = new ArrayList<>();
    List<Integer> tempSubset = new ArrayList<>();
    boolean[] hasVisited = new boolean[nums.length];
    for (int size = 0; size <= nums.length; size++) {
        backtracking(0, tempSubset, subsets, hasVisited, size, nums); // 不同的子集大小
    }
    return subsets;
C
CyC2018 已提交
2229 2230
}

C
CyC2018 已提交
2231 2232
private void backtracking(int start, List<Integer> tempSubset, List<List<Integer>> subsets, boolean[] hasVisited,
                          final int size, final int[] nums) {
C
CyC2018 已提交
2233

C
CyC2018 已提交
2234 2235 2236 2237 2238 2239 2240 2241 2242 2243 2244 2245 2246 2247
    if (tempSubset.size() == size) {
        subsets.add(new ArrayList<>(tempSubset));
        return;
    }
    for (int i = start; i < nums.length; i++) {
        if (i != 0 && nums[i] == nums[i - 1] && !hasVisited[i - 1]) {
            continue;
        }
        tempSubset.add(nums[i]);
        hasVisited[i] = true;
        backtracking(i + 1, tempSubset, subsets, hasVisited, size, nums);
        hasVisited[i] = false;
        tempSubset.remove(tempSubset.size() - 1);
    }
C
CyC2018 已提交
2248 2249 2250
}
```

C
CyC2018 已提交
2251
**分割字符串使得每个部分都是回文数** 
C
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2252

C
CyC2018 已提交
2253
[131. Palindrome Partitioning (Medium)](https://leetcode.com/problems/palindrome-partitioning/description/)
C
CyC2018 已提交
2254 2255

```html
C
CyC2018 已提交
2256
For example, given s = "aab",
C
CyC2018 已提交
2257 2258 2259
Return

[
C
CyC2018 已提交
2260 2261
  ["aa","b"],
  ["a","a","b"]
C
CyC2018 已提交
2262 2263 2264 2265
]
```

```java
C
CyC2018 已提交
2266 2267 2268 2269 2270
public List<List<String>> partition(String s) {
    List<List<String>> partitions = new ArrayList<>();
    List<String> tempPartition = new ArrayList<>();
    doPartition(s, partitions, tempPartition);
    return partitions;
C
CyC2018 已提交
2271 2272
}

C
CyC2018 已提交
2273 2274 2275 2276 2277 2278 2279 2280 2281 2282 2283 2284
private void doPartition(String s, List<List<String>> partitions, List<String> tempPartition) {
    if (s.length() == 0) {
        partitions.add(new ArrayList<>(tempPartition));
        return;
    }
    for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
        if (isPalindrome(s, 0, i)) {
            tempPartition.add(s.substring(0, i + 1));
            doPartition(s.substring(i + 1), partitions, tempPartition);
            tempPartition.remove(tempPartition.size() - 1);
        }
    }
C
CyC2018 已提交
2285 2286
}

C
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2287 2288 2289 2290 2291 2292 2293
private boolean isPalindrome(String s, int begin, int end) {
    while (begin < end) {
        if (s.charAt(begin++) != s.charAt(end--)) {
            return false;
        }
    }
    return true;
C
CyC2018 已提交
2294 2295 2296
}
```

C
CyC2018 已提交
2297
**数独** 
C
CyC2018 已提交
2298

C
CyC2018 已提交
2299
[37. Sudoku Solver (Hard)](https://leetcode.com/problems/sudoku-solver/description/)
C
CyC2018 已提交
2300

C
CyC2018 已提交
2301
<div align="center"> <img src="pics/1ca52246-c443-48ae-b1f8-1cafc09ec75c.png"/> </div><br>
C
CyC2018 已提交
2302 2303

```java
C
CyC2018 已提交
2304 2305 2306 2307
private boolean[][] rowsUsed = new boolean[9][10];
private boolean[][] colsUsed = new boolean[9][10];
private boolean[][] cubesUsed = new boolean[9][10];
private char[][] board;
C
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2308

C
CyC2018 已提交
2309 2310 2311 2312 2313 2314 2315 2316 2317 2318 2319 2320
public void solveSudoku(char[][] board) {
    this.board = board;
    for (int i = 0; i < 9; i++)
        for (int j = 0; j < 9; j++) {
            if (board[i][j] == '.') {
                continue;
            }
            int num = board[i][j] - '0';
            rowsUsed[i][num] = true;
            colsUsed[j][num] = true;
            cubesUsed[cubeNum(i, j)][num] = true;
        }
C
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2321
        backtracking(0, 0);
C
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2322 2323
}

C
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2324 2325 2326 2327 2328 2329 2330 2331 2332 2333 2334 2335 2336 2337 2338 2339 2340 2341 2342 2343 2344
private boolean backtracking(int row, int col) {
    while (row < 9 && board[row][col] != '.') {
        row = col == 8 ? row + 1 : row;
        col = col == 8 ? 0 : col + 1;
    }
    if (row == 9) {
        return true;
    }
    for (int num = 1; num <= 9; num++) {
        if (rowsUsed[row][num] || colsUsed[col][num] || cubesUsed[cubeNum(row, col)][num]) {
            continue;
        }
        rowsUsed[row][num] = colsUsed[col][num] = cubesUsed[cubeNum(row, col)][num] = true;
        board[row][col] = (char) (num + '0');
        if (backtracking(row, col)) {
            return true;
        }
        board[row][col] = '.';
        rowsUsed[row][num] = colsUsed[col][num] = cubesUsed[cubeNum(row, col)][num] = false;
    }
    return false;
C
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2345 2346
}

C
CyC2018 已提交
2347 2348 2349 2350
private int cubeNum(int i, int j) {
    int r = i / 3;
    int c = j / 3;
    return r * 3 + c;
C
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2351 2352 2353
}
```

C
CyC2018 已提交
2354
**N 皇后** 
C
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2355

C
CyC2018 已提交
2356
[51. N-Queens (Hard)](https://leetcode.com/problems/n-queens/description/)
C
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2357

C
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2358
<div align="center"> <img src="pics/1f080e53-4758-406c-bb5f-dbedf89b63ce.jpg"/> </div><br>
C
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2359

C
CyC2018 已提交
2360
在 n\*n 的矩阵中摆放 n 个皇后,并且每个皇后不能在同一行,同一列,同一对角线上,求所有的 n 皇后的解。
C
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2361

C
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2362
一行一行地摆放,在确定一行中的那个皇后应该摆在哪一列时,需要用三个标记数组来确定某一列是否合法,这三个标记数组分别为:列标记数组、45 度对角线标记数组和 135 度对角线标记数组。
C
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2363

C
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2364 2365 2366 2367 2368 2369 2370
45 度对角线标记数组的长度为 2 \* n - 1,通过下图可以明确 (r, c) 的位置所在的数组下标为 r + c。

<div align="center"> <img src="pics/85583359-1b45-45f2-9811-4f7bb9a64db7.jpg"/> </div><br>

135 度对角线标记数组的长度也是 2 \* n - 1,(r, c) 的位置所在的数组下标为 n - 1 - (r - c)。

<div align="center"> <img src="pics/9e80f75a-b12b-4344-80c8-1f9ccc2d5246.jpg"/> </div><br>
C
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2371

C
CyC2018 已提交
2372 2373 2374 2375 2376 2377 2378
```java
private List<List<String>> solutions;
private char[][] nQueens;
private boolean[] colUsed;
private boolean[] diagonals45Used;
private boolean[] diagonals135Used;
private int n;
C
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2379

C
CyC2018 已提交
2380 2381 2382 2383 2384 2385 2386 2387 2388 2389 2390 2391
public List<List<String>> solveNQueens(int n) {
    solutions = new ArrayList<>();
    nQueens = new char[n][n];
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        Arrays.fill(nQueens[i], '.');
    }
    colUsed = new boolean[n];
    diagonals45Used = new boolean[2 * n - 1];
    diagonals135Used = new boolean[2 * n - 1];
    this.n = n;
    backtracking(0);
    return solutions;
C
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2392 2393
}

C
CyC2018 已提交
2394 2395 2396 2397 2398 2399 2400 2401 2402 2403 2404 2405 2406 2407 2408 2409 2410 2411 2412 2413 2414 2415 2416 2417
private void backtracking(int row) {
    if (row == n) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (char[] chars : nQueens) {
            list.add(new String(chars));
        }
        solutions.add(list);
        return;
    }

    for (int col = 0; col < n; col++) {
        int diagonals45Idx = row + col;
        int diagonals135Idx = n - 1 - (row - col);
        if (colUsed[col] || diagonals45Used[diagonals45Idx] || diagonals135Used[diagonals135Idx]) {
            continue;
        }
        nQueens[row][col] = 'Q';
        colUsed[col] = diagonals45Used[diagonals45Idx] = diagonals135Used[diagonals135Idx] = true;
        backtracking(row + 1);
        colUsed[col] = diagonals45Used[diagonals45Idx] = diagonals135Used[diagonals135Idx] = false;
        nQueens[row][col] = '.';
    }
}
```
C
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2418

C
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2419
## 动态规划
C
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2420

C
CyC2018 已提交
2421
递归和动态规划都是将原问题拆成多个子问题然后求解,他们之间最本质的区别是,动态规划保存了子问题的解,避免重复计算。
C
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2422

C
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2423
### 斐波那契数列
C
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2424

C
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2425
**爬楼梯** 
C
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2426

C
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2427
[70. Climbing Stairs (Easy)](https://leetcode.com/problems/climbing-stairs/description/)
C
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2428

C
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2429
题目描述:有 N 阶楼梯,每次可以上一阶或者两阶,求有多少种上楼梯的方法。
C
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2430

C
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2431
定义一个数组 dp 存储上楼梯的方法数(为了方便讨论,数组下标从 1 开始),dp[i] 表示走到第 i 个楼梯的方法数目。
C
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2432

C
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2433
第 i 个楼梯可以从第 i-1 和 i-2 个楼梯再走一步到达,走到第 i 个楼梯的方法数为走到第 i-1 和第 i-2 个楼梯的方法数之和。
C
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2434

C
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2435
<div align="center"><img src="https://latex.codecogs.com/gif.latex?dp[i]=dp[i-1]+dp[i-2]"/></div> <br>
C
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2436

C
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2437
考虑到 dp[i] 只与 dp[i - 1] 和 dp[i - 2] 有关,因此可以只用两个变量来存储 dp[i - 1] 和 dp[i - 2],使得原来的 O(N) 空间复杂度优化为 O(1) 复杂度。
C
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2438 2439

```java
C
CyC2018 已提交
2440 2441 2442 2443 2444 2445 2446 2447 2448 2449 2450
public int climbStairs(int n) {
    if (n <= 2) {
        return n;
    }
    int pre2 = 1, pre1 = 2;
    for (int i = 2; i < n; i++) {
        int cur = pre1 + pre2;
        pre2 = pre1;
        pre1 = cur;
    }
    return pre1;
C
CyC2018 已提交
2451 2452 2453
}
```

C
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2454
**强盗抢劫** 
C
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2455

C
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2456
[198. House Robber (Easy)](https://leetcode.com/problems/house-robber/description/)
C
CyC2018 已提交
2457 2458 2459

题目描述:抢劫一排住户,但是不能抢邻近的住户,求最大抢劫量。

C
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2460
定义 dp 数组用来存储最大的抢劫量,其中 dp[i] 表示抢到第 i 个住户时的最大抢劫量。
C
CyC2018 已提交
2461

C
CyC2018 已提交
2462
由于不能抢劫邻近住户,如果抢劫了第 i -1 个住户,那么就不能再抢劫第 i 个住户,所以
C
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2463

C
CyC2018 已提交
2464
<div align="center"><img src="https://latex.codecogs.com/gif.latex?dp[i]=max(dp[i-2]+nums[i],dp[i-1])"/></div> <br>
C
CyC2018 已提交
2465 2466

```java
C
CyC2018 已提交
2467 2468 2469 2470 2471 2472 2473 2474
public int rob(int[] nums) {
    int pre2 = 0, pre1 = 0;
    for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        int cur = Math.max(pre2 + nums[i], pre1);
        pre2 = pre1;
        pre1 = cur;
    }
    return pre1;
C
CyC2018 已提交
2475 2476 2477
}
```

C
CyC2018 已提交
2478
**强盗在环形街区抢劫** 
C
CyC2018 已提交
2479

C
CyC2018 已提交
2480
[213. House Robber II (Medium)](https://leetcode.com/problems/house-robber-ii/description/)
C
CyC2018 已提交
2481 2482

```java
C
CyC2018 已提交
2483 2484 2485 2486 2487 2488 2489 2490 2491
public  int rob(int[] nums) {
    if (nums == null || nums.length == 0) {
        return 0;
    }
    int n = nums.length;
    if (n == 1) {
        return nums[0];
    }
    return Math.max(rob(nums, 0, n - 2), rob(nums, 1, n - 1));
C
CyC2018 已提交
2492 2493
}

C
CyC2018 已提交
2494 2495 2496 2497 2498 2499 2500 2501
private   int rob(int[] nums, int first, int last) {
    int pre2 = 0, pre1 = 0;
    for (int i = first; i <= last; i++) {
        int cur = Math.max(pre1, pre2 + nums[i]);
        pre2 = pre1;
        pre1 = cur;
    }
    return pre1;
C
CyC2018 已提交
2502 2503 2504
}
```

C
CyC2018 已提交
2505
**信件错排** 
C
CyC2018 已提交
2506

C
CyC2018 已提交
2507
题目描述:有 N 个 信 和 信封,它们被打乱,求错误装信方式的数量。
C
CyC2018 已提交
2508

C
CyC2018 已提交
2509
定义一个数组 dp 存储错误方式数量,dp[i] 表示前 i 个信和信封的错误方式数量。假设第 i 个信装到第 j 个信封里面,而第 j 个信装到第 k 个信封里面。根据 i 和 k 是否相等,有两种情况:
C
CyC2018 已提交
2510

C
CyC2018 已提交
2511 2512
- i==k,交换 i 和 k 的信后,它们的信和信封在正确的位置,但是其余 i-2 封信有 dp[i-2] 种错误装信的方式。由于 j 有 i-1 种取值,因此共有 (i-1)\*dp[i-2] 种错误装信方式。
- i != k,交换 i 和 j 的信后,第 i 个信和信封在正确的位置,其余 i-1 封信有 dp[i-1] 种错误装信方式。由于 j 有 i-1 种取值,因此共有 (i-1)\*dp[i-1] 种错误装信方式。
C
CyC2018 已提交
2513 2514 2515

综上所述,错误装信数量方式数量为:

C
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2516
<div align="center"><img src="https://latex.codecogs.com/gif.latex?dp[i]=(i-1)*dp[i-2]+(i-1)*dp[i-1]"/></div> <br>
C
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2517

C
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2518
**母牛生产** 
C
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2519 2520 2521

[程序员代码面试指南-P181](#)

C
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2522
题目描述:假设农场中成熟的母牛每年都会生 1 头小母牛,并且永远不会死。第一年有 1 只小母牛,从第二年开始,母牛开始生小母牛。每只小母牛 3 年之后成熟又可以生小母牛。给定整数 N,求 N 年后牛的数量。
C
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2523

C
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2524
第 i 年成熟的牛的数量为:
C
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2525

C
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2526
<div align="center"><img src="https://latex.codecogs.com/gif.latex?dp[i]=dp[i-1]+dp[i-3]"/></div> <br>
C
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2527

C
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2528
### 矩阵路径
C
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2529

C
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2530
**矩阵的最小路径和** 
C
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2531

C
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2532
[64. Minimum Path Sum (Medium)](https://leetcode.com/problems/minimum-path-sum/description/)
C
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2533 2534 2535

```html
[[1,3,1],
C
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2536 2537 2538
 [1,5,1],
 [4,2,1]]
Given the above grid map, return 7. Because the path 1→3→1→1→1 minimizes the sum.
C
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2539 2540 2541 2542 2543
```

题目描述:求从矩阵的左上角到右下角的最小路径和,每次只能向右和向下移动。

```java
C
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2544 2545 2546 2547 2548 2549 2550 2551 2552 2553 2554 2555 2556 2557 2558 2559 2560 2561 2562
public int minPathSum(int[][] grid) {
    if (grid.length == 0 || grid[0].length == 0) {
        return 0;
    }
    int m = grid.length, n = grid[0].length;
    int[] dp = new int[n];
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            if (j == 0) {
                dp[j] = dp[j];        // 只能从上侧走到该位置
            } else if (i == 0) {
                dp[j] = dp[j - 1];    // 只能从左侧走到该位置
            } else {
                dp[j] = Math.min(dp[j - 1], dp[j]);
            }
            dp[j] += grid[i][j];
        }
    }
    return dp[n - 1];
C
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2563
}
C
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2564 2565
```

C
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2566
**矩阵的总路径数** 
C
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2567

C
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2568
[62. Unique Paths (Medium)](https://leetcode.com/problems/unique-paths/description/)
C
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2569 2570 2571

题目描述:统计从矩阵左上角到右下角的路径总数,每次只能向右或者向下移动。

C
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2572
<div align="center"> <img src="pics/7c98e1b6-c446-4cde-8513-5c11b9f52aea.jpg"/> </div><br>
C
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2573 2574

```java
C
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2575 2576 2577 2578 2579 2580 2581 2582 2583
public int uniquePaths(int m, int n) {
    int[] dp = new int[n];
    Arrays.fill(dp, 1);
    for (int i = 1; i < m; i++) {
        for (int j = 1; j < n; j++) {
            dp[j] = dp[j] + dp[j - 1];
        }
    }
    return dp[n - 1];
C
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2584 2585 2586
}
```

C
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2587
也可以直接用数学公式求解,这是一个组合问题。机器人总共移动的次数 S=m+n-2,向下移动的次数 D=m-1,那么问题可以看成从 S 中取出 D 个位置的组合数量,这个问题的解为 C(S, D)。
C
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2588 2589

```java
C
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2590 2591 2592 2593 2594 2595 2596 2597
public int uniquePaths(int m, int n) {
    int S = m + n - 2;  // 总共的移动次数
    int D = m - 1;      // 向下的移动次数
    long ret = 1;
    for (int i = 1; i <= D; i++) {
        ret = ret * (S - D + i) / i;
    }
    return (int) ret;
C
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2598 2599 2600
}
```

C
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2601
### 数组区间
C
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2602

C
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2603
**数组区间和** 
C
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2604

C
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2605
[303. Range Sum Query - Immutable (Easy)](https://leetcode.com/problems/range-sum-query-immutable/description/)
C
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2606 2607

```html
C
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2608
Given nums = [-2, 0, 3, -5, 2, -1]
C
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2609

C
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2610 2611 2612
sumRange(0, 2) -> 1
sumRange(2, 5) -> -1
sumRange(0, 5) -> -3
C
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2613 2614
```

C
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2615
求区间 i \~ j 的和,可以转换为 sum[j + 1] - sum[i],其中 sum[i] 为 0 \~ i - 1 的和。
C
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2616 2617

```java
C
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2618
class NumArray {
C
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2619

C
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2620
    private int[] sums;
C
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2621

C
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2622 2623 2624 2625 2626 2627
    public NumArray(int[] nums) {
        sums = new int[nums.length + 1];
        for (int i = 1; i <= nums.length; i++) {
            sums[i] = sums[i - 1] + nums[i - 1];
        }
    }
C
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2628

C
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2629 2630 2631
    public int sumRange(int i, int j) {
        return sums[j + 1] - sums[i];
    }
C
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2632 2633 2634
}
```

C
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2635
**数组中等差递增子区间的个数** 
C
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2636

C
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2637
[413. Arithmetic Slices (Medium)](https://leetcode.com/problems/arithmetic-slices/description/)
C
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2638 2639

```html
C
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2640 2641
A = [1, 2, 3, 4]
return: 3, for 3 arithmetic slices in A: [1, 2, 3], [2, 3, 4] and [1, 2, 3, 4] itself.
C
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2642 2643
```

C
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2644
dp[i] 表示以 A[i] 为结尾的等差递增子区间的个数。
C
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2645

C
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2646
在 A[i] - A[i - 1] == A[i - 1] - A[i - 2] 的条件下,{A[i - 2], A[i - 1], A[i]} 是一个等差递增子区间。如果 {A[i - 3], A[i - 2], A[i - 1]} 是一个等差递增子区间,那么 {A[i - 3], A[i - 2], A[i - 1], A[i]} 也是等差递增子区间,dp[i] = dp[i-1] + 1。
C
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2647 2648

```java
C
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2649 2650 2651 2652 2653 2654 2655 2656 2657 2658 2659 2660 2661 2662 2663 2664
public int numberOfArithmeticSlices(int[] A) {
    if (A == null || A.length == 0) {
        return 0;
    }
    int n = A.length;
    int[] dp = new int[n];
    for (int i = 2; i < n; i++) {
        if (A[i] - A[i - 1] == A[i - 1] - A[i - 2]) {
            dp[i] = dp[i - 1] + 1;
        }
    }
    int total = 0;
    for (int cnt : dp) {
        total += cnt;
    }
    return total;
C
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2665 2666 2667
}
```

C
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2668
### 分割整数
C
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2669

C
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2670
**分割整数的最大乘积** 
C
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2671

C
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2672
[343. Integer Break (Medim)](https://leetcode.com/problems/integer-break/description/)
C
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2673

C
CyC2018 已提交
2674
题目描述:For example, given n = 2, return 1 (2 = 1 + 1); given n = 10, return 36 (10 = 3 + 3 + 4).
C
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2675 2676

```java
C
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2677 2678 2679 2680 2681 2682 2683 2684 2685
public int integerBreak(int n) {
    int[] dp = new int[n + 1];
    dp[1] = 1;
    for (int i = 2; i <= n; i++) {
        for (int j = 1; j <= i - 1; j++) {
            dp[i] = Math.max(dp[i], Math.max(j * dp[i - j], j * (i - j)));
        }
    }
    return dp[n];
C
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2686 2687 2688
}
```

C
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2689
**按平方数来分割整数** 
C
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2690

C
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2691
[279. Perfect Squares(Medium)](https://leetcode.com/problems/perfect-squares/description/)
C
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2692

C
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2693
题目描述:For example, given n = 12, return 3 because 12 = 4 + 4 + 4; given n = 13, return 2 because 13 = 4 + 9.
C
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2694 2695

```java
C
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2696 2697 2698 2699 2700 2701 2702 2703 2704 2705 2706 2707 2708 2709
public int numSquares(int n) {
    List<Integer> squareList = generateSquareList(n);
    int[] dp = new int[n + 1];
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        int min = Integer.MAX_VALUE;
        for (int square : squareList) {
            if (square > i) {
                break;
            }
            min = Math.min(min, dp[i - square] + 1);
        }
        dp[i] = min;
    }
    return dp[n];
C
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2710 2711
}

C
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2712 2713 2714 2715 2716 2717 2718 2719 2720 2721
private List<Integer> generateSquareList(int n) {
    List<Integer> squareList = new ArrayList<>();
    int diff = 3;
    int square = 1;
    while (square <= n) {
        squareList.add(square);
        square += diff;
        diff += 2;
    }
    return squareList;
C
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2722 2723 2724
}
```

C
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2725
**分割整数构成字母字符串** 
C
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2726

C
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2727
[91. Decode Ways (Medium)](https://leetcode.com/problems/decode-ways/description/)
C
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2728

C
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2729
题目描述:Given encoded message "12", it could be decoded as "AB" (1 2) or "L" (12).
C
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2730 2731

```java
C
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2732 2733 2734 2735 2736 2737 2738 2739 2740 2741 2742 2743 2744 2745 2746 2747 2748 2749 2750 2751 2752 2753
public int numDecodings(String s) {
    if (s == null || s.length() == 0) {
        return 0;
    }
    int n = s.length();
    int[] dp = new int[n + 1];
    dp[0] = 1;
    dp[1] = s.charAt(0) == '0' ? 0 : 1;
    for (int i = 2; i <= n; i++) {
        int one = Integer.valueOf(s.substring(i - 1, i));
        if (one != 0) {
            dp[i] += dp[i - 1];
        }
        if (s.charAt(i - 2) == '0') {
            continue;
        }
        int two = Integer.valueOf(s.substring(i - 2, i));
        if (two <= 26) {
            dp[i] += dp[i - 2];
        }
    }
    return dp[n];
C
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2754 2755 2756
}
```

C
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2757
### 最长递增子序列
C
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2758

C
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2759
已知一个序列 {S<sub>1</sub>, S<sub>2</sub>,...,S<sub>n</sub>},取出若干数组成新的序列 {S<sub>i1</sub>, S<sub>i2</sub>,..., S<sub>im</sub>},其中 i1、i2 ... im 保持递增,即新序列中各个数仍然保持原数列中的先后顺序,称新序列为原序列的一个 **子序列**
C
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2760

C
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2761
如果在子序列中,当下标 ix > iy 时,S<sub>ix</sub> > S<sub>iy</sub>,称子序列为原序列的一个 **递增子序列**
C
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2762

C
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2763
定义一个数组 dp 存储最长递增子序列的长度,dp[n] 表示以 S<sub>n</sub> 结尾的序列的最长递增子序列长度。对于一个递增子序列 {S<sub>i1</sub>, S<sub>i2</sub>,...,S<sub>im</sub>},如果 im < n 并且 S<sub>im</sub> < S<sub>n</sub>,此时 {S<sub>i1</sub>, S<sub>i2</sub>,..., S<sub>im</sub>, S<sub>n</sub>} 为一个递增子序列,递增子序列的长度增加 1。满足上述条件的递增子序列中,长度最长的那个递增子序列就是要找的,在长度最长的递增子序列上加上 S<sub>n</sub> 就构成了以 S<sub>n</sub> 为结尾的最长递增子序列。因此 dp[n] = max{ dp[i]+1 | S<sub>i</sub> < S<sub>n</sub> && i < n} 。
C
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2764

C
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2765
因为在求 dp[n] 时可能无法找到一个满足条件的递增子序列,此时 {S<sub>n</sub>} 就构成了递增子序列,需要对前面的求解方程做修改,令 dp[n] 最小为 1,即:
C
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2766

C
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2767
<div align="center"><img src="https://latex.codecogs.com/gif.latex?dp[n]=max\{1,dp[i]+1|S_i<S_n\&\&i<n\}"/></div> <br>
C
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2768

C
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2769
对于一个长度为 N 的序列,最长递增子序列并不一定会以 S<sub>N</sub> 为结尾,因此 dp[N] 不是序列的最长递增子序列的长度,需要遍历 dp 数组找出最大值才是所要的结果,max{ dp[i] | 1 <= i <= N} 即为所求。
C
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2770

C
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2771
**最长递增子序列** 
C
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2772

C
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2773
[300. Longest Increasing Subsequence (Medium)](https://leetcode.com/problems/longest-increasing-subsequence/description/)
C
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2774 2775

```java
C
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2776 2777 2778 2779 2780 2781 2782 2783 2784 2785 2786 2787 2788
public int lengthOfLIS(int[] nums) {
    int n = nums.length;
    int[] dp = new int[n];
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        int max = 1;
        for (int j = 0; j < i; j++) {
            if (nums[i] > nums[j]) {
                max = Math.max(max, dp[j] + 1);
            }
        }
        dp[i] = max;
    }
    return Arrays.stream(dp).max().orElse(0);
C
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2789 2790 2791
}
```

C
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2792
使用 Stream 求最大值会导致运行时间过长,可以改成以下形式:
C
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2793

C
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2794
```java
C
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2795 2796 2797
int ret = 0;
for (int i = 0; i < n; i++) {
    ret = Math.max(ret, dp[i]);
C
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2798
}
C
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2799
return ret;
C
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2800 2801
```

C
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2802
以上解法的时间复杂度为 O(N<sup>2</sup>),可以使用二分查找将时间复杂度降低为 O(NlogN)。
C
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2803

C
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2804
定义一个 tails 数组,其中 tails[i] 存储长度为 i + 1 的最长递增子序列的最后一个元素。对于一个元素 x,
C
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2805

C
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2806 2807
- 如果它大于 tails 数组所有的值,那么把它添加到 tails 后面,表示最长递增子序列长度加 1;
- 如果 tails[i-1] < x <= tails[i],那么更新 tails[i] = x。
C
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2808

C
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2809
例如对于数组 [4,3,6,5],有:
C
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2810 2811

```html
C
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2812 2813 2814 2815 2816 2817
tails      len      num
[]         0        4
[4]        1        3
[3]        1        6
[3,6]      2        5
[3,5]      2        null
C
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2818 2819
```

C
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2820
可以看出 tails 数组保持有序,因此在查找 S<sub>i</sub> 位于 tails 数组的位置时就可以使用二分查找。
C
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2821 2822

```java
C
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2823 2824 2825 2826 2827 2828 2829 2830 2831 2832 2833 2834
public int lengthOfLIS(int[] nums) {
    int n = nums.length;
    int[] tails = new int[n];
    int len = 0;
    for (int num : nums) {
        int index = binarySearch(tails, len, num);
        tails[index] = num;
        if (index == len) {
            len++;
        }
    }
    return len;
C
CyC2018 已提交
2835 2836
}

C
CyC2018 已提交
2837 2838 2839 2840 2841 2842 2843 2844 2845 2846 2847 2848 2849
private int binarySearch(int[] tails, int len, int key) {
    int l = 0, h = len;
    while (l < h) {
        int mid = l + (h - l) / 2;
        if (tails[mid] == key) {
            return mid;
        } else if (tails[mid] > key) {
            h = mid;
        } else {
            l = mid + 1;
        }
    }
    return l;
C
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2850 2851 2852
}
```

C
CyC2018 已提交
2853
**一组整数对能够构成的最长链** 
C
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2854

C
CyC2018 已提交
2855
[646. Maximum Length of Pair Chain (Medium)](https://leetcode.com/problems/maximum-length-of-pair-chain/description/)
C
CyC2018 已提交
2856 2857

```html
C
CyC2018 已提交
2858 2859 2860
Input: [[1,2], [2,3], [3,4]]
Output: 2
Explanation: The longest chain is [1,2] -> [3,4]
C
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2861 2862
```

C
CyC2018 已提交
2863
题目描述:对于 (a, b) 和 (c, d) ,如果 b < c,则它们可以构成一条链。
C
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2864 2865

```java
C
CyC2018 已提交
2866 2867 2868 2869 2870 2871 2872 2873 2874 2875 2876 2877 2878 2879 2880 2881
public int findLongestChain(int[][] pairs) {
    if (pairs == null || pairs.length == 0) {
        return 0;
    }
    Arrays.sort(pairs, (a, b) -> (a[0] - b[0]));
    int n = pairs.length;
    int[] dp = new int[n];
    Arrays.fill(dp, 1);
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < i; j++) {
            if (pairs[j][1] < pairs[i][0]) {
                dp[i] = Math.max(dp[i], dp[j] + 1);
            }
        }
    }
    return Arrays.stream(dp).max().orElse(0);
C
CyC2018 已提交
2882 2883 2884
}
```

C
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2885
**最长摆动子序列** 
C
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2886

C
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2887
[376. Wiggle Subsequence (Medium)](https://leetcode.com/problems/wiggle-subsequence/description/)
C
CyC2018 已提交
2888 2889

```html
C
CyC2018 已提交
2890 2891 2892
Input: [1,7,4,9,2,5]
Output: 6
The entire sequence is a wiggle sequence.
C
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2893

C
CyC2018 已提交
2894 2895 2896
Input: [1,17,5,10,13,15,10,5,16,8]
Output: 7
There are several subsequences that achieve this length. One is [1,17,10,13,10,16,8].
C
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2897

C
CyC2018 已提交
2898 2899
Input: [1,2,3,4,5,6,7,8,9]
Output: 2
C
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2900 2901
```

C
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2902
要求:使用 O(N) 时间复杂度求解。
C
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2903 2904

```java
C
CyC2018 已提交
2905 2906 2907 2908 2909 2910 2911 2912 2913 2914 2915 2916 2917
public int wiggleMaxLength(int[] nums) {
    if (nums == null || nums.length == 0) {
        return 0;
    }
    int up = 1, down = 1;
    for (int i = 1; i < nums.length; i++) {
        if (nums[i] > nums[i - 1]) {
            up = down + 1;
        } else if (nums[i] < nums[i - 1]) {
            down = up + 1;
        }
    }
    return Math.max(up, down);
C
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2918 2919 2920
}
```

C
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2921
### 最长公共子序列
C
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2922

C
CyC2018 已提交
2923
对于两个子序列 S1 和 S2,找出它们最长的公共子序列。
C
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2924

C
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2925
定义一个二维数组 dp 用来存储最长公共子序列的长度,其中 dp[i][j] 表示 S1 的前 i 个字符与 S2 的前 j 个字符最长公共子序列的长度。考虑 S1<sub>i</sub> 与 S2<sub>j</sub> 值是否相等,分为两种情况:
C
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2926

C
CyC2018 已提交
2927 2928
- 当 S1<sub>i</sub>==S2<sub>j</sub> 时,那么就能在 S1 的前 i-1 个字符与 S2 的前 j-1 个字符最长公共子序列的基础上再加上 S1<sub>i</sub> 这个值,最长公共子序列长度加 1,即 dp[i][j] = dp[i-1][j-1] + 1。
- 当 S1<sub>i</sub> != S2<sub>j</sub> 时,此时最长公共子序列为 S1 的前 i-1 个字符和 S2 的前 j 个字符最长公共子序列,或者 S1 的前 i 个字符和 S2 的前 j-1 个字符最长公共子序列,取它们的最大者,即 dp[i][j] = max{ dp[i-1][j], dp[i][j-1] }。
C
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2929 2930 2931

综上,最长公共子序列的状态转移方程为:

C
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2932
<div align="center"><img src="https://latex.codecogs.com/gif.latex?dp[i][j]=\left\{\begin{array}{rcl}dp[i-1][j-1]&&{S1_i==S2_j}\\max(dp[i-1][j],dp[i][j-1])&&{S1_i<>S2_j}\end{array}\right."/></div> <br>
C
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2933

C
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2934
对于长度为 N 的序列 S<sub>1</sub> 和长度为 M 的序列 S<sub>2</sub>,dp[N][M] 就是序列 S<sub>1</sub> 和序列 S<sub>2</sub> 的最长公共子序列长度。
C
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2935 2936 2937

与最长递增子序列相比,最长公共子序列有以下不同点:

C
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2938 2939 2940
- 针对的是两个序列,求它们的最长公共子序列。
- 在最长递增子序列中,dp[i] 表示以 S<sub>i</sub> 为结尾的最长递增子序列长度,子序列必须包含 S<sub>i</sub> ;在最长公共子序列中,dp[i][j] 表示 S1 中前 i 个字符与 S2 中前 j 个字符的最长公共子序列长度,不一定包含 S1<sub>i</sub> 和 S2<sub>j</sub>
- 在求最终解时,最长公共子序列中 dp[N][M] 就是最终解,而最长递增子序列中 dp[N] 不是最终解,因为以 S<sub>N</sub> 为结尾的最长递增子序列不一定是整个序列最长递增子序列,需要遍历一遍 dp 数组找到最大者。
C
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2941 2942

```java
C
CyC2018 已提交
2943 2944 2945 2946 2947 2948 2949 2950 2951 2952 2953 2954 2955
public int lengthOfLCS(int[] nums1, int[] nums2) {
    int n1 = nums1.length, n2 = nums2.length;
    int[][] dp = new int[n1 + 1][n2 + 1];
    for (int i = 1; i <= n1; i++) {
        for (int j = 1; j <= n2; j++) {
            if (nums1[i - 1] == nums2[j - 1]) {
                dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] + 1;
            } else {
                dp[i][j] = Math.max(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]);
            }
        }
    }
    return dp[n1][n2];
C
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2956 2957 2958
}
```

C
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2959
### 0-1 背包
C
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2960

C
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2961
有一个容量为 N 的背包,要用这个背包装下物品的价值最大,这些物品有两个属性:体积 w 和价值 v。
C
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2962

C
CyC2018 已提交
2963
定义一个二维数组 dp 存储最大价值,其中 dp[i][j] 表示前 i 件物品体积不超过 j 的情况下能达到的最大价值。设第 i 件物品体积为 w,价值为 v,根据第 i 件物品是否添加到背包中,可以分两种情况讨论:
C
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2964

C
CyC2018 已提交
2965 2966
- 第 i 件物品没添加到背包,总体积不超过 j 的前 i 件物品的最大价值就是总体积不超过 j 的前 i-1 件物品的最大价值,dp[i][j] = dp[i-1][j]
- 第 i 件物品添加到背包中,dp[i][j] = dp[i-1][j-w] + v。
C
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2967

C
CyC2018 已提交
2968
第 i 件物品可添加也可以不添加,取决于哪种情况下最大价值更大。因此,0-1 背包的状态转移方程为:
C
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2969

C
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2970
<div align="center"><img src="https://latex.codecogs.com/gif.latex?dp[i][j]=max(dp[i-1][j],dp[i-1][j-w]+v)"/></div> <br>
C
CyC2018 已提交
2971 2972

```java
C
CyC2018 已提交
2973 2974 2975 2976 2977 2978 2979 2980 2981 2982 2983 2984 2985
public int knapsack(int W, int N, int[] weights, int[] values) {
    int[][] dp = new int[N + 1][W + 1];
    for (int i = 1; i <= N; i++) {
        int w = weights[i - 1], v = values[i - 1];
        for (int j = 1; j <= W; j++) {
            if (j >= w) {
                dp[i][j] = Math.max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - w] + v);
            } else {
                dp[i][j] = dp[i - 1][j];
            }
        }
    }
    return dp[N][W];
C
CyC2018 已提交
2986 2987 2988
}
```

C
CyC2018 已提交
2989
**空间优化** 
C
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2990

C
CyC2018 已提交
2991
在程序实现时可以对 0-1 背包做优化。观察状态转移方程可以知道,前 i 件物品的状态仅与前 i-1 件物品的状态有关,因此可以将 dp 定义为一维数组,其中 dp[j] 既可以表示 dp[i-1][j] 也可以表示 dp[i][j]。此时,
C
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2992

C
CyC2018 已提交
2993
<div align="center"><img src="https://latex.codecogs.com/gif.latex?dp[j]=max(dp[j],dp[j-w]+v)"/></div> <br>
C
CyC2018 已提交
2994

C
CyC2018 已提交
2995
因为 dp[j-w] 表示 dp[i-1][j-w],因此不能先求 dp[i][j-w],以防将 dp[i-1][j-w] 覆盖。也就是说要先计算 dp[i][j] 再计算 dp[i][j-w],在程序实现时需要按倒序来循环求解。
C
CyC2018 已提交
2996 2997

```java
C
CyC2018 已提交
2998 2999 3000 3001 3002 3003 3004 3005 3006 3007 3008
public int knapsack(int W, int N, int[] weights, int[] values) {
    int[] dp = new int[W + 1];
    for (int i = 1; i <= N; i++) {
        int w = weights[i - 1], v = values[i - 1];
        for (int j = W; j >= 1; j--) {
            if (j >= w) {
                dp[j] = Math.max(dp[j], dp[j - w] + v);
            }
        }
    }
    return dp[W];
C
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3009 3010 3011
}
```

C
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3012
**无法使用贪心算法的解释** 
C
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3013

C
CyC2018 已提交
3014
0-1 背包问题无法使用贪心算法来求解,也就是说不能按照先添加性价比最高的物品来达到最优,这是因为这种方式可能造成背包空间的浪费,从而无法达到最优。考虑下面的物品和一个容量为 5 的背包,如果先添加物品 0 再添加物品 1,那么只能存放的价值为 16,浪费了大小为 2 的空间。最优的方式是存放物品 1 和物品 2,价值为 22.
C
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3015

C
CyC2018 已提交
3016 3017 3018 3019 3020
| id | w | v | v/w |
| --- | --- | --- | --- |
| 0 | 1 | 6 | 6 |
| 1 | 2 | 10 | 5 |
| 2 | 3 | 12 | 4 |
C
CyC2018 已提交
3021

C
CyC2018 已提交
3022
**变种** 
C
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3023

C
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3024
- 完全背包:物品数量为无限个
C
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3025

C
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3026
- 多重背包:物品数量有限制
C
CyC2018 已提交
3027

C
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3028
- 多维费用背包:物品不仅有重量,还有体积,同时考虑这两种限制
C
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3029

C
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3030
- 其它:物品之间相互约束或者依赖
C
CyC2018 已提交
3031

C
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3032
**划分数组为和相等的两部分** 
C
CyC2018 已提交
3033

C
CyC2018 已提交
3034
[416. Partition Equal Subset Sum (Medium)](https://leetcode.com/problems/partition-equal-subset-sum/description/)
C
CyC2018 已提交
3035 3036

```html
C
CyC2018 已提交
3037
Input: [1, 5, 11, 5]
C
CyC2018 已提交
3038

C
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3039
Output: true
C
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3040

C
CyC2018 已提交
3041
Explanation: The array can be partitioned as [1, 5, 5] and [11].
C
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3042 3043
```

C
CyC2018 已提交
3044
可以看成一个背包大小为 sum/2 的 0-1 背包问题。
C
CyC2018 已提交
3045 3046

```java
C
CyC2018 已提交
3047 3048 3049 3050 3051 3052 3053 3054 3055 3056 3057 3058 3059 3060
public boolean canPartition(int[] nums) {
    int sum = computeArraySum(nums);
    if (sum % 2 != 0) {
        return false;
    }
    int W = sum / 2;
    boolean[] dp = new boolean[W + 1];
    dp[0] = true;
    for (int num : nums) {                 // 0-1 背包一个物品只能用一次
        for (int i = W; i >= num; i--) {   // 从后往前,先计算 dp[i] 再计算 dp[i-num]
            dp[i] = dp[i] || dp[i - num];
        }
    }
    return dp[W];
C
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3061 3062
}

C
CyC2018 已提交
3063 3064 3065 3066 3067 3068
private int computeArraySum(int[] nums) {
    int sum = 0;
    for (int num : nums) {
        sum += num;
    }
    return sum;
C
CyC2018 已提交
3069 3070 3071
}
```

C
CyC2018 已提交
3072
**改变一组数的正负号使得它们的和为一给定数** 
C
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3073

C
CyC2018 已提交
3074
[494. Target Sum (Medium)](https://leetcode.com/problems/target-sum/description/)
C
CyC2018 已提交
3075 3076

```html
C
CyC2018 已提交
3077 3078
Input: nums is [1, 1, 1, 1, 1], S is 3.
Output: 5
C
CyC2018 已提交
3079 3080
Explanation:

C
CyC2018 已提交
3081 3082 3083 3084 3085
-1+1+1+1+1 = 3
+1-1+1+1+1 = 3
+1+1-1+1+1 = 3
+1+1+1-1+1 = 3
+1+1+1+1-1 = 3
C
CyC2018 已提交
3086

C
CyC2018 已提交
3087
There are 5 ways to assign symbols to make the sum of nums be target 3.
C
CyC2018 已提交
3088 3089
```

C
CyC2018 已提交
3090
该问题可以转换为 Subset Sum 问题,从而使用 0-1 背包的方法来求解。
C
CyC2018 已提交
3091

C
CyC2018 已提交
3092
可以将这组数看成两部分,P 和 N,其中 P 使用正号,N 使用负号,有以下推导:
C
CyC2018 已提交
3093 3094

```html
C
CyC2018 已提交
3095 3096 3097
                  sum(P) - sum(N) = target
sum(P) + sum(N) + sum(P) - sum(N) = target + sum(P) + sum(N)
                       2 * sum(P) = target + sum(nums)
C
CyC2018 已提交
3098 3099
```

C
CyC2018 已提交
3100
因此只要找到一个子集,令它们都取正号,并且和等于 (target + sum(nums))/2,就证明存在解。
C
CyC2018 已提交
3101 3102

```java
C
CyC2018 已提交
3103 3104 3105 3106 3107 3108 3109 3110 3111 3112 3113 3114 3115 3116
public int findTargetSumWays(int[] nums, int S) {
    int sum = computeArraySum(nums);
    if (sum < S || (sum + S) % 2 == 1) {
        return 0;
    }
    int W = (sum + S) / 2;
    int[] dp = new int[W + 1];
    dp[0] = 1;
    for (int num : nums) {
        for (int i = W; i >= num; i--) {
            dp[i] = dp[i] + dp[i - num];
        }
    }
    return dp[W];
C
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3117
}
C
CyC2018 已提交
3118

C
CyC2018 已提交
3119 3120 3121 3122 3123 3124
private int computeArraySum(int[] nums) {
    int sum = 0;
    for (int num : nums) {
        sum += num;
    }
    return sum;
C
CyC2018 已提交
3125
}
C
CyC2018 已提交
3126 3127
```

C
CyC2018 已提交
3128
DFS 解法:
C
CyC2018 已提交
3129 3130

```java
C
CyC2018 已提交
3131 3132
public int findTargetSumWays(int[] nums, int S) {
    return findTargetSumWays(nums, 0, S);
C
CyC2018 已提交
3133 3134
}

C
CyC2018 已提交
3135 3136 3137 3138 3139 3140
private int findTargetSumWays(int[] nums, int start, int S) {
    if (start == nums.length) {
        return S == 0 ? 1 : 0;
    }
    return findTargetSumWays(nums, start + 1, S + nums[start])
            + findTargetSumWays(nums, start + 1, S - nums[start]);
C
CyC2018 已提交
3141 3142 3143
}
```

C
CyC2018 已提交
3144
**01 字符构成最多的字符串** 
C
CyC2018 已提交
3145

C
CyC2018 已提交
3146
[474. Ones and Zeroes (Medium)](https://leetcode.com/problems/ones-and-zeroes/description/)
C
CyC2018 已提交
3147 3148

```html
C
CyC2018 已提交
3149 3150
Input: Array = {"10", "0001", "111001", "1", "0"}, m = 5, n = 3
Output: 4
C
CyC2018 已提交
3151

C
CyC2018 已提交
3152
Explanation: There are totally 4 strings can be formed by the using of 5 0s and 3 1s, which are "10","0001","1","0"
C
CyC2018 已提交
3153 3154
```

C
CyC2018 已提交
3155
这是一个多维费用的 0-1 背包问题,有两个背包大小,0 的数量和 1 的数量。
C
CyC2018 已提交
3156 3157

```java
C
CyC2018 已提交
3158 3159 3160 3161 3162 3163 3164 3165 3166 3167 3168 3169 3170 3171 3172 3173 3174 3175 3176 3177 3178
public int findMaxForm(String[] strs, int m, int n) {
    if (strs == null || strs.length == 0) {
        return 0;
    }
    int[][] dp = new int[m + 1][n + 1];
    for (String s : strs) {    // 每个字符串只能用一次
        int ones = 0, zeros = 0;
        for (char c : s.toCharArray()) {
            if (c == '0') {
                zeros++;
            } else {
                ones++;
            }
        }
        for (int i = m; i >= zeros; i--) {
            for (int j = n; j >= ones; j--) {
                dp[i][j] = Math.max(dp[i][j], dp[i - zeros][j - ones] + 1);
            }
        }
    }
    return dp[m][n];
C
CyC2018 已提交
3179 3180 3181
}
```

C
CyC2018 已提交
3182
**找零钱的最少硬币数** 
C
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3183

C
CyC2018 已提交
3184
[322. Coin Change (Medium)](https://leetcode.com/problems/coin-change/description/)
C
CyC2018 已提交
3185 3186

```html
C
CyC2018 已提交
3187 3188 3189
Example 1:
coins = [1, 2, 5], amount = 11
return 3 (11 = 5 + 5 + 1)
C
CyC2018 已提交
3190

C
CyC2018 已提交
3191 3192 3193
Example 2:
coins = [2], amount = 3
return -1.
C
CyC2018 已提交
3194 3195 3196 3197
```

题目描述:给一些面额的硬币,要求用这些硬币来组成给定面额的钱数,并且使得硬币数量最少。硬币可以重复使用。

C
CyC2018 已提交
3198 3199 3200
- 物品:硬币
- 物品大小:面额
- 物品价值:数量
C
CyC2018 已提交
3201

5
5renyuebing 已提交
3202
因为硬币可以重复使用,因此这是一个完全背包问题。完全背包只需要将01背包中逆序遍历bp数组改为正序遍历即可。
C
CyC2018 已提交
3203 3204

```java
C
CyC2018 已提交
3205
public int coinChange(int[] coins, int amount) {
5
5renyuebing 已提交
3206 3207 3208 3209 3210 3211 3212 3213 3214 3215 3216 3217 3218 3219 3220 3221 3222 3223 3224 3225 3226 3227 3228 3229 3230 3231 3232 3233 3234 3235 3236 3237 3238 3239 3240 3241 3242 3243 3244 3245
    if(amount == 0) return 0;
    int[] bp = new int[amount + 1];
    for(int coin : coins){
        for(int i = coin; i <= amount; i++){ //将逆序遍历改为正序遍历
            if(i == coin)
                bp[i] = 1;
            else if(bp[i] == 0 && bp[i - coin] != 0)
                bp[i] = bp[i - coin] + 1;
            else if(bp[i - coin] != 0)
                bp[i] = Math.min(bp[i], bp[i - coin] + 1);
        }
    }
    return bp[amount] == 0 ? -1 : bp[amount];
}
```

**找零钱的硬币数组合** 

[518. Coin Change 2 (Medium)](https://leetcode.com/problems/coin-change-2/description/)

```html
Input: amount = 5, coins = [1, 2, 5]
Output: 4
Explanation: there are four ways to make up the amount:
5=5
5=2+2+1
5=2+1+1+1
5=1+1+1+1+1
```

完全背包问题,使用dp记录可达成目标的组合数目。

```java
public int change(int amount, int[] coins) {
    int[] dp = new int[amount + 1];
    dp[0] = 1;
    for(int coin : coins){
        for(int i = coin; i <= amount; i++){
            dp[i] += dp[i - coin];
        }
C
CyC2018 已提交
3246
    }
5
5renyuebing 已提交
3247 3248 3249 3250 3251 3252 3253 3254 3255 3256 3257 3258 3259 3260 3261 3262 3263 3264 3265 3266 3267 3268 3269 3270 3271 3272 3273 3274 3275
    return dp[amount];
}
```

**字符串按单词列表分割** 

[139. Word Break (Medium)](https://leetcode.com/problems/word-break/description/)

```html
s = "leetcode",
dict = ["leet", "code"].
Return true because "leetcode" can be segmented as "leet code".
```

dict 中的单词没有使用次数的限制,因此这是一个完全背包问题。该问题涉及到字典中单词的使用顺序,因此可理解为涉及顺序的完全背包问题。

求解该类型问题时,应调整两次循环的顺序,0-1 背包对物品的迭代是在最外层,而涉及顺序的完全背包问题对物品的迭代是在最里层。

```java
public boolean wordBreak(String s, List<String> wordDict) {
    int n = s.length();
    boolean[] dp = new boolean[n + 1];
    dp[0] = true;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        for (String word : wordDict) {   // 完全一个物品可以使用多次
            int len = word.length();
            if (len <= i && word.equals(s.substring(i - len, i))) {
                dp[i] = dp[i] || dp[i - len];
            }
C
CyC2018 已提交
3276 3277
        }
    }
5
5renyuebing 已提交
3278
    return dp[n];
C
CyC2018 已提交
3279 3280 3281
}
```

C
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3282
**组合总和** 
C
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3283

C
CyC2018 已提交
3284
[377. Combination Sum IV (Medium)](https://leetcode.com/problems/combination-sum-iv/description/)
C
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3285

C
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3286
```html
C
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3287 3288
nums = [1, 2, 3]
target = 4
C
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3289

C
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3290 3291 3292 3293 3294 3295 3296 3297
The possible combination ways are:
(1, 1, 1, 1)
(1, 1, 2)
(1, 2, 1)
(1, 3)
(2, 1, 1)
(2, 2)
(3, 1)
C
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3298

C
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3299
Note that different sequences are counted as different combinations.
C
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3300

C
CyC2018 已提交
3301
Therefore the output is 7.
C
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3302 3303
```

5
5renyuebing 已提交
3304
涉及顺序的完全背包。
C
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3305 3306

```java
C
CyC2018 已提交
3307 3308 3309 3310 3311 3312 3313 3314 3315 3316 3317 3318 3319
public int combinationSum4(int[] nums, int target) {
    if (nums == null || nums.length == 0) {
        return 0;
    }
    int[] maximum = new int[target + 1];
    maximum[0] = 1;
    Arrays.sort(nums);
    for (int i = 1; i <= target; i++) {
        for (int j = 0; j < nums.length && nums[j] <= i; j++) {
            maximum[i] += maximum[i - nums[j]];
        }
    }
    return maximum[target];
C
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3320 3321 3322
}
```

C
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3323
### 股票交易
C
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3324

C
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3325
**需要冷却期的股票交易** 
C
CyC2018 已提交
3326

C
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3327
[309. Best Time to Buy and Sell Stock with Cooldown(Medium)](https://leetcode.com/problems/best-time-to-buy-and-sell-stock-with-cooldown/description/)
C
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3328 3329 3330

题目描述:交易之后需要有一天的冷却时间。

C
CyC2018 已提交
3331
<div align="center"> <img src="pics/a3da4342-078b-43e2-b748-7e71bec50dc4.png"/> </div><br>
C
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3332 3333

```java
C
CyC2018 已提交
3334 3335 3336 3337 3338 3339 3340 3341 3342 3343 3344 3345 3346 3347 3348 3349 3350 3351
public int maxProfit(int[] prices) {
    if (prices == null || prices.length == 0) {
        return 0;
    }
    int N = prices.length;
    int[] buy = new int[N];
    int[] s1 = new int[N];
    int[] sell = new int[N];
    int[] s2 = new int[N];
    s1[0] = buy[0] = -prices[0];
    sell[0] = s2[0] = 0;
    for (int i = 1; i < N; i++) {
        buy[i] = s2[i - 1] - prices[i];
        s1[i] = Math.max(buy[i - 1], s1[i - 1]);
        sell[i] = Math.max(buy[i - 1], s1[i - 1]) + prices[i];
        s2[i] = Math.max(s2[i - 1], sell[i - 1]);
    }
    return Math.max(sell[N - 1], s2[N - 1]);
C
CyC2018 已提交
3352 3353 3354
}
```

C
CyC2018 已提交
3355
**需要交易费用的股票交易** 
C
CyC2018 已提交
3356

C
CyC2018 已提交
3357
[714. Best Time to Buy and Sell Stock with Transaction Fee (Medium)](https://leetcode.com/problems/best-time-to-buy-and-sell-stock-with-transaction-fee/description/)
C
CyC2018 已提交
3358 3359

```html
C
CyC2018 已提交
3360 3361 3362 3363 3364 3365 3366 3367
Input: prices = [1, 3, 2, 8, 4, 9], fee = 2
Output: 8
Explanation: The maximum profit can be achieved by:
Buying at prices[0] = 1
Selling at prices[3] = 8
Buying at prices[4] = 4
Selling at prices[5] = 9
The total profit is ((8 - 1) - 2) + ((9 - 4) - 2) = 8.
C
CyC2018 已提交
3368 3369 3370 3371
```

题目描述:每交易一次,都要支付一定的费用。

C
CyC2018 已提交
3372
<div align="center"> <img src="pics/61942711-45a0-4e11-bbc9-434e31436f33.png"/> </div><br>
C
CyC2018 已提交
3373 3374

```java
C
CyC2018 已提交
3375 3376 3377 3378 3379 3380 3381 3382 3383 3384 3385 3386 3387 3388 3389
public int maxProfit(int[] prices, int fee) {
    int N = prices.length;
    int[] buy = new int[N];
    int[] s1 = new int[N];
    int[] sell = new int[N];
    int[] s2 = new int[N];
    s1[0] = buy[0] = -prices[0];
    sell[0] = s2[0] = 0;
    for (int i = 1; i < N; i++) {
        buy[i] = Math.max(sell[i - 1], s2[i - 1]) - prices[i];
        s1[i] = Math.max(buy[i - 1], s1[i - 1]);
        sell[i] = Math.max(buy[i - 1], s1[i - 1]) - fee + prices[i];
        s2[i] = Math.max(s2[i - 1], sell[i - 1]);
    }
    return Math.max(sell[N - 1], s2[N - 1]);
C
CyC2018 已提交
3390 3391 3392 3393
}
```


C
CyC2018 已提交
3394
**只能进行两次的股票交易** 
C
CyC2018 已提交
3395

C
CyC2018 已提交
3396
[123. Best Time to Buy and Sell Stock III (Hard)](https://leetcode.com/problems/best-time-to-buy-and-sell-stock-iii/description/)
C
CyC2018 已提交
3397 3398

```java
C
CyC2018 已提交
3399 3400 3401 3402 3403 3404 3405 3406 3407 3408 3409 3410 3411 3412 3413 3414 3415 3416
public int maxProfit(int[] prices) {
    int firstBuy = Integer.MIN_VALUE, firstSell = 0;
    int secondBuy = Integer.MIN_VALUE, secondSell = 0;
    for (int curPrice : prices) {
        if (firstBuy < -curPrice) {
            firstBuy = -curPrice;
        }
        if (firstSell < firstBuy + curPrice) {
            firstSell = firstBuy + curPrice;
        }
        if (secondBuy < firstSell - curPrice) {
            secondBuy = firstSell - curPrice;
        }
        if (secondSell < secondBuy + curPrice) {
            secondSell = secondBuy + curPrice;
        }
    }
    return secondSell;
C
CyC2018 已提交
3417 3418 3419
}
```

C
CyC2018 已提交
3420
**只能进行 k 次的股票交易** 
C
CyC2018 已提交
3421

C
CyC2018 已提交
3422
[188. Best Time to Buy and Sell Stock IV (Hard)](https://leetcode.com/problems/best-time-to-buy-and-sell-stock-iv/description/)
C
CyC2018 已提交
3423 3424

```java
C
CyC2018 已提交
3425 3426 3427 3428 3429 3430 3431 3432 3433 3434 3435 3436 3437 3438 3439 3440 3441 3442 3443 3444
public int maxProfit(int k, int[] prices) {
    int n = prices.length;
    if (k >= n / 2) {   // 这种情况下该问题退化为普通的股票交易问题
        int maxProfit = 0;
        for (int i = 1; i < n; i++) {
            if (prices[i] > prices[i - 1]) {
                maxProfit += prices[i] - prices[i - 1];
            }
        }
        return maxProfit;
    }
    int[][] maxProfit = new int[k + 1][n];
    for (int i = 1; i <= k; i++) {
        int localMax = maxProfit[i - 1][0] - prices[0];
        for (int j = 1; j < n; j++) {
            maxProfit[i][j] = Math.max(maxProfit[i][j - 1], prices[j] + localMax);
            localMax = Math.max(localMax, maxProfit[i - 1][j] - prices[j]);
        }
    }
    return maxProfit[k][n - 1];
C
CyC2018 已提交
3445 3446 3447
}
```

C
CyC2018 已提交
3448
### 字符串编辑
C
CyC2018 已提交
3449

C
CyC2018 已提交
3450
**删除两个字符串的字符使它们相等** 
C
CyC2018 已提交
3451

C
CyC2018 已提交
3452
[583. Delete Operation for Two Strings (Medium)](https://leetcode.com/problems/delete-operation-for-two-strings/description/)
C
CyC2018 已提交
3453 3454

```html
C
CyC2018 已提交
3455 3456 3457
Input: "sea", "eat"
Output: 2
Explanation: You need one step to make "sea" to "ea" and another step to make "eat" to "ea".
C
CyC2018 已提交
3458 3459 3460 3461 3462
```

可以转换为求两个字符串的最长公共子序列问题。

```java
C
CyC2018 已提交
3463 3464 3465 3466 3467 3468 3469 3470 3471 3472 3473 3474 3475
public int minDistance(String word1, String word2) {
    int m = word1.length(), n = word2.length();
    int[][] dp = new int[m + 1][n + 1];
    for (int i = 1; i <= m; i++) {
        for (int j = 1; j <= n; j++) {
            if (word1.charAt(i - 1) == word2.charAt(j - 1)) {
                dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] + 1;
            } else {
                dp[i][j] = Math.max(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]);
            }
        }
    }
    return m + n - 2 * dp[m][n];
C
CyC2018 已提交
3476 3477 3478
}
```

C
CyC2018 已提交
3479
**编辑距离** 
C
CyC2018 已提交
3480

C
CyC2018 已提交
3481
[72. Edit Distance (Hard)](https://leetcode.com/problems/edit-distance/description/)
C
CyC2018 已提交
3482 3483

```html
C
CyC2018 已提交
3484
Example 1:
C
CyC2018 已提交
3485

C
CyC2018 已提交
3486 3487
Input: word1 = "horse", word2 = "ros"
Output: 3
C
CyC2018 已提交
3488
Explanation:
C
CyC2018 已提交
3489 3490 3491 3492
horse -> rorse (replace 'h' with 'r')
rorse -> rose (remove 'r')
rose -> ros (remove 'e')
Example 2:
C
CyC2018 已提交
3493

C
CyC2018 已提交
3494 3495
Input: word1 = "intention", word2 = "execution"
Output: 5
C
CyC2018 已提交
3496
Explanation:
C
CyC2018 已提交
3497 3498 3499 3500 3501
intention -> inention (remove 't')
inention -> enention (replace 'i' with 'e')
enention -> exention (replace 'n' with 'x')
exention -> exection (replace 'n' with 'c')
exection -> execution (insert 'u')
C
CyC2018 已提交
3502 3503 3504 3505 3506
```

题目描述:修改一个字符串成为另一个字符串,使得修改次数最少。一次修改操作包括:插入一个字符、删除一个字符、替换一个字符。

```java
C
CyC2018 已提交
3507 3508 3509 3510 3511 3512 3513 3514 3515 3516 3517 3518 3519 3520 3521 3522 3523 3524 3525 3526 3527 3528
public int minDistance(String word1, String word2) {
    if (word1 == null || word2 == null) {
        return 0;
    }
    int m = word1.length(), n = word2.length();
    int[][] dp = new int[m + 1][n + 1];
    for (int i = 1; i <= m; i++) {
        dp[i][0] = i;
    }
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        dp[0][i] = i;
    }
    for (int i = 1; i <= m; i++) {
        for (int j = 1; j <= n; j++) {
            if (word1.charAt(i - 1) == word2.charAt(j - 1)) {
                dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
            } else {
                dp[i][j] = Math.min(dp[i - 1][j - 1], Math.min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j])) + 1;
            }
        }
    }
    return dp[m][n];
C
CyC2018 已提交
3529 3530 3531
}
```

C
CyC2018 已提交
3532
**复制粘贴字符** 
C
CyC2018 已提交
3533

C
CyC2018 已提交
3534
[650. 2 Keys Keyboard (Medium)](https://leetcode.com/problems/2-keys-keyboard/description/)
C
CyC2018 已提交
3535

C
CyC2018 已提交
3536
题目描述:最开始只有一个字符 A,问需要多少次操作能够得到 n 个字符 A,每次操作可以复制当前所有的字符,或者粘贴。
C
CyC2018 已提交
3537 3538

```
C
CyC2018 已提交
3539 3540
Input: 3
Output: 3
C
CyC2018 已提交
3541
Explanation:
C
CyC2018 已提交
3542 3543 3544 3545
Intitally, we have one character 'A'.
In step 1, we use Copy All operation.
In step 2, we use Paste operation to get 'AA'.
In step 3, we use Paste operation to get 'AAA'.
C
CyC2018 已提交
3546 3547
```

C
CyC2018 已提交
3548
```java
C
CyC2018 已提交
3549 3550 3551 3552 3553 3554
public int minSteps(int n) {
    if (n == 1) return 0;
    for (int i = 2; i <= Math.sqrt(n); i++) {
        if (n % i == 0) return i + minSteps(n / i);
    }
    return n;
C
CyC2018 已提交
3555 3556 3557
}
```

C
CyC2018 已提交
3558
```java
C
CyC2018 已提交
3559 3560 3561 3562 3563 3564 3565 3566 3567 3568 3569 3570 3571
public int minSteps(int n) {
    int[] dp = new int[n + 1];
    int h = (int) Math.sqrt(n);
    for (int i = 2; i <= n; i++) {
        dp[i] = i;
        for (int j = 2; j <= h; j++) {
            if (i % j == 0) {
                dp[i] = dp[j] + dp[i / j];
                break;
            }
        }
    }
    return dp[n];
C
CyC2018 已提交
3572 3573 3574
}
```

C
CyC2018 已提交
3575
## 数学
C
CyC2018 已提交
3576

C
CyC2018 已提交
3577
### 素数
C
CyC2018 已提交
3578

C
CyC2018 已提交
3579
**素数分解** 
C
CyC2018 已提交
3580

C
CyC2018 已提交
3581
每一个数都可以分解成素数的乘积,例如 84 = 2<sup>2</sup> \* 3<sup>1</sup> \* 5<sup>0</sup> \* 7<sup>1</sup> \* 11<sup>0</sup> \* 13<sup>0</sup> \* 17<sup>0</sup> \*
C
CyC2018 已提交
3582

C
CyC2018 已提交
3583
**整除** 
C
CyC2018 已提交
3584

C
CyC2018 已提交
3585
令 x = 2<sup>m0</sup> \* 3<sup>m1</sup> \* 5<sup>m2</sup> \* 7<sup>m3</sup> \* 11<sup>m4</sup> \*
C
CyC2018 已提交
3586

C
CyC2018 已提交
3587
令 y = 2<sup>n0</sup> \* 3<sup>n1</sup> \* 5<sup>n2</sup> \* 7<sup>n3</sup> \* 11<sup>n4</sup> \*
C
CyC2018 已提交
3588

C
CyC2018 已提交
3589
如果 x 整除 y(y mod x == 0),则对于所有 i,mi <= ni。
C
CyC2018 已提交
3590

C
CyC2018 已提交
3591
**最大公约数最小公倍数** 
C
CyC2018 已提交
3592

C
CyC2018 已提交
3593
x 和 y 的最大公约数为:gcd(x,y) =  2<sup>min(m0,n0)</sup> \* 3<sup>min(m1,n1)</sup> \* 5<sup>min(m2,n2)</sup> \* ...
C
CyC2018 已提交
3594

C
CyC2018 已提交
3595
x 和 y 的最小公倍数为:lcm(x,y) =  2<sup>max(m0,n0)</sup> \* 3<sup>max(m1,n1)</sup> \* 5<sup>max(m2,n2)</sup> \* ...
C
CyC2018 已提交
3596

C
CyC2018 已提交
3597
**生成素数序列** 
C
CyC2018 已提交
3598

C
CyC2018 已提交
3599
[204. Count Primes (Easy)](https://leetcode.com/problems/count-primes/description/)
C
CyC2018 已提交
3600 3601 3602 3603

埃拉托斯特尼筛法在每次找到一个素数时,将能被素数整除的数排除掉。

```java
C
CyC2018 已提交
3604 3605 3606 3607 3608 3609 3610 3611 3612 3613 3614 3615 3616 3617
public int countPrimes(int n) {
    boolean[] notPrimes = new boolean[n + 1];
    int count = 0;
    for (int i = 2; i < n; i++) {
        if (notPrimes[i]) {
            continue;
        }
        count++;
        // 从 i * i 开始,因为如果 k < i,那么 k * i 在之前就已经被去除过了
        for (long j = (long) (i) * i; j < n; j += i) {
            notPrimes[(int) j] = true;
        }
    }
    return count;
C
CyC2018 已提交
3618 3619 3620
}
```

C
CyC2018 已提交
3621
### 最大公约数
C
CyC2018 已提交
3622 3623

```java
C
CyC2018 已提交
3624 3625
int gcd(int a, int b) {
    return b == 0 ? a : gcd(b, a % b);
C
CyC2018 已提交
3626 3627 3628 3629 3630 3631
}
```

最小公倍数为两数的乘积除以最大公约数。

```java
C
CyC2018 已提交
3632 3633
int lcm(int a, int b) {
    return a * b / gcd(a, b);
C
CyC2018 已提交
3634 3635 3636
}
```

C
CyC2018 已提交
3637
**使用位操作和减法求解最大公约数** 
C
CyC2018 已提交
3638 3639

[编程之美:2.7](#)
C
CyC2018 已提交
3640

C
CyC2018 已提交
3641
对于 a 和 b 的最大公约数 f(a, b),有:
C
CyC2018 已提交
3642

C
CyC2018 已提交
3643 3644 3645 3646
- 如果 a 和 b 均为偶数,f(a, b) = 2\*f(a/2, b/2);
- 如果 a 是偶数 b 是奇数,f(a, b) = f(a/2, b);
- 如果 b 是偶数 a 是奇数,f(a, b) = f(a, b/2);
- 如果 a 和 b 均为奇数,f(a, b) = f(b, a-b);
C
CyC2018 已提交
3647

C
CyC2018 已提交
3648
乘 2 和除 2 都可以转换为移位操作。
C
CyC2018 已提交
3649

C
CyC2018 已提交
3650
```java
C
CyC2018 已提交
3651 3652 3653 3654 3655 3656 3657 3658 3659 3660 3661 3662 3663 3664 3665 3666 3667
public int gcd(int a, int b) {
    if (a < b) {
        return gcd(b, a);
    }
    if (b == 0) {
        return a;
    }
    boolean isAEven = isEven(a), isBEven = isEven(b);
    if (isAEven && isBEven) {
        return 2 * gcd(a >> 1, b >> 1);
    } else if (isAEven && !isBEven) {
        return gcd(a >> 1, b);
    } else if (!isAEven && isBEven) {
        return gcd(a, b >> 1);
    } else {
        return gcd(b, a - b);
    }
C
CyC2018 已提交
3668 3669 3670
}
```

C
CyC2018 已提交
3671
### 进制转换
C
CyC2018 已提交
3672

C
CyC2018 已提交
3673
**7 进制** 
C
CyC2018 已提交
3674

C
CyC2018 已提交
3675
[504. Base 7 (Easy)](https://leetcode.com/problems/base-7/description/)
C
CyC2018 已提交
3676 3677

```java
C
CyC2018 已提交
3678 3679 3680 3681 3682 3683 3684 3685 3686 3687 3688 3689 3690 3691 3692
public String convertToBase7(int num) {
    if (num == 0) {
        return "0";
    }
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    boolean isNegative = num < 0;
    if (isNegative) {
        num = -num;
    }
    while (num > 0) {
        sb.append(num % 7);
        num /= 7;
    }
    String ret = sb.reverse().toString();
    return isNegative ? "-" + ret : ret;
C
CyC2018 已提交
3693 3694 3695
}
```

C
CyC2018 已提交
3696
Java 中 static String toString(int num, int radix) 可以将一个整数转换为 radix 进制表示的字符串。
C
CyC2018 已提交
3697 3698

```java
C
CyC2018 已提交
3699 3700
public String convertToBase7(int num) {
    return Integer.toString(num, 7);
C
CyC2018 已提交
3701 3702 3703
}
```

C
CyC2018 已提交
3704
**16 进制** 
C
CyC2018 已提交
3705

C
CyC2018 已提交
3706
[405. Convert a Number to Hexadecimal (Easy)](https://leetcode.com/problems/convert-a-number-to-hexadecimal/description/)
C
CyC2018 已提交
3707 3708 3709 3710 3711 3712 3713 3714 3715 3716 3717 3718 3719 3720 3721

```html
Input:
26

Output:
"1a"

Input:
-1

Output:
"ffffffff"
```

C
CyC2018 已提交
3722 3723
负数要用它的补码形式。

C
CyC2018 已提交
3724
```java
C
CyC2018 已提交
3725 3726 3727 3728 3729 3730 3731 3732 3733
public String toHex(int num) {
    char[] map = {'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f'};
    if (num == 0) return "0";
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    while (num != 0) {
        sb.append(map[num & 0b1111]);
        num >>>= 4; // 因为考虑的是补码形式,因此符号位就不能有特殊的意义,需要使用无符号右移,左边填 0
    }
    return sb.reverse().toString();
C
CyC2018 已提交
3734 3735 3736
}
```

C
CyC2018 已提交
3737
**26 进制** 
C
CyC2018 已提交
3738

C
CyC2018 已提交
3739
[168. Excel Sheet Column Title (Easy)](https://leetcode.com/problems/excel-sheet-column-title/description/)
C
CyC2018 已提交
3740 3741

```html
C
CyC2018 已提交
3742 3743 3744
1 -> A
2 -> B
3 -> C
C
CyC2018 已提交
3745
...
C
CyC2018 已提交
3746 3747 3748
26 -> Z
27 -> AA
28 -> AB
C
CyC2018 已提交
3749 3750
```

C
CyC2018 已提交
3751
因为是从 1 开始计算的,而不是从 0 开始,因此需要对 n 执行 -1 操作。
C
CyC2018 已提交
3752 3753

```java
C
CyC2018 已提交
3754 3755 3756 3757 3758 3759
public String convertToTitle(int n) {
    if (n == 0) {
        return "";
    }
    n--;
    return convertToTitle(n / 26) + (char) (n % 26 + 'A');
C
CyC2018 已提交
3760 3761 3762
}
```

C
CyC2018 已提交
3763
### 阶乘
C
CyC2018 已提交
3764

C
CyC2018 已提交
3765
**统计阶乘尾部有多少个 0** 
C
CyC2018 已提交
3766

C
CyC2018 已提交
3767
[172. Factorial Trailing Zeroes (Easy)](https://leetcode.com/problems/factorial-trailing-zeroes/description/)
C
CyC2018 已提交
3768

C
CyC2018 已提交
3769
尾部的 0 由 2 * 5 得来,2 的数量明显多于 5 的数量,因此只要统计有多少个 5 即可。
C
CyC2018 已提交
3770

C
CyC2018 已提交
3771
对于一个数 N,它所包含 5 的个数为:N/5 + N/5<sup>2</sup> + N/5<sup>3</sup> + ...,其中 N/5 表示不大于 N 的数中 5 的倍数贡献一个 5,N/5<sup>2</sup> 表示不大于 N 的数中 5<sup>2</sup> 的倍数再贡献一个 5 ...。
C
CyC2018 已提交
3772 3773

```java
C
CyC2018 已提交
3774 3775
public int trailingZeroes(int n) {
    return n == 0 ? 0 : n / 5 + trailingZeroes(n / 5);
C
CyC2018 已提交
3776 3777 3778
}
```

C
CyC2018 已提交
3779
如果统计的是 N! 的二进制表示中最低位 1 的位置,只要统计有多少个 2 即可,该题目出自 [编程之美:2.2](#) 。和求解有多少个 5 一样,2 的个数为 N/2 + N/2<sup>2</sup> + N/2<sup>3</sup> + ...
C
CyC2018 已提交
3780

C
CyC2018 已提交
3781
### 字符串加法减法
C
CyC2018 已提交
3782

C
CyC2018 已提交
3783
**二进制加法** 
C
CyC2018 已提交
3784

C
CyC2018 已提交
3785
[67. Add Binary (Easy)](https://leetcode.com/problems/add-binary/description/)
C
CyC2018 已提交
3786 3787

```html
C
CyC2018 已提交
3788 3789 3790
a = "11"
b = "1"
Return "100".
C
CyC2018 已提交
3791 3792 3793
```

```java
C
CyC2018 已提交
3794 3795 3796 3797 3798 3799 3800 3801 3802 3803 3804 3805 3806 3807
public String addBinary(String a, String b) {
    int i = a.length() - 1, j = b.length() - 1, carry = 0;
    StringBuilder str = new StringBuilder();
    while (carry == 1 || i >= 0 || j >= 0) {
        if (i >= 0 && a.charAt(i--) == '1') {
            carry++;
        }
        if (j >= 0 && b.charAt(j--) == '1') {
            carry++;
        }
        str.append(carry % 2);
        carry /= 2;
    }
    return str.reverse().toString();
C
CyC2018 已提交
3808 3809 3810
}
```

C
CyC2018 已提交
3811
**字符串加法** 
C
CyC2018 已提交
3812

C
CyC2018 已提交
3813
[415. Add Strings (Easy)](https://leetcode.com/problems/add-strings/description/)
C
CyC2018 已提交
3814

C
CyC2018 已提交
3815
字符串的值为非负整数。
C
CyC2018 已提交
3816 3817

```java
C
CyC2018 已提交
3818 3819 3820 3821 3822 3823 3824 3825 3826 3827
public String addStrings(String num1, String num2) {
    StringBuilder str = new StringBuilder();
    int carry = 0, i = num1.length() - 1, j = num2.length() - 1;
    while (carry == 1 || i >= 0 || j >= 0) {
        int x = i < 0 ? 0 : num1.charAt(i--) - '0';
        int y = j < 0 ? 0 : num2.charAt(j--) - '0';
        str.append((x + y + carry) % 10);
        carry = (x + y + carry) / 10;
    }
    return str.reverse().toString();
C
CyC2018 已提交
3828 3829 3830
}
```

C
CyC2018 已提交
3831
### 相遇问题
C
CyC2018 已提交
3832

C
CyC2018 已提交
3833
**改变数组元素使所有的数组元素都相等** 
C
CyC2018 已提交
3834

C
CyC2018 已提交
3835
[462. Minimum Moves to Equal Array Elements II (Medium)](https://leetcode.com/problems/minimum-moves-to-equal-array-elements-ii/description/)
C
CyC2018 已提交
3836 3837 3838 3839 3840 3841 3842 3843 3844

```html
Input:
[1,2,3]

Output:
2

Explanation:
C
CyC2018 已提交
3845
Only two moves are needed (remember each move increments or decrements one element):
C
CyC2018 已提交
3846

C
CyC2018 已提交
3847
[1,2,3]  =>  [2,2,3]  =>  [2,2,2]
C
CyC2018 已提交
3848 3849 3850 3851 3852 3853
```

每次可以对一个数组元素加一或者减一,求最小的改变次数。

这是个典型的相遇问题,移动距离最小的方式是所有元素都移动到中位数。理由如下:

C
CyC2018 已提交
3854
设 m 为中位数。a 和 b 是 m 两边的两个元素,且 b > a。要使 a 和 b 相等,它们总共移动的次数为 b - a,这个值等于 (b - m) + (m - a),也就是把这两个数移动到中位数的移动次数。
C
CyC2018 已提交
3855

C
CyC2018 已提交
3856
设数组长度为 N,则可以找到 N/2 对 a 和 b 的组合,使它们都移动到 m 的位置。
C
CyC2018 已提交
3857

C
CyC2018 已提交
3858
**解法 1** 
C
CyC2018 已提交
3859 3860 3861 3862

先排序,时间复杂度:O(NlogN)

```java
C
CyC2018 已提交
3863 3864 3865 3866 3867 3868 3869 3870 3871 3872
public int minMoves2(int[] nums) {
    Arrays.sort(nums);
    int move = 0;
    int l = 0, h = nums.length - 1;
    while (l <= h) {
        move += nums[h] - nums[l];
        l++;
        h--;
    }
    return move;
C
CyC2018 已提交
3873 3874 3875
}
```

C
CyC2018 已提交
3876
**解法 2** 
C
CyC2018 已提交
3877

C
CyC2018 已提交
3878
使用快速选择找到中位数,时间复杂度 O(N)
C
CyC2018 已提交
3879 3880

```java
C
CyC2018 已提交
3881 3882 3883 3884 3885 3886 3887
public int minMoves2(int[] nums) {
    int move = 0;
    int median = findKthSmallest(nums, nums.length / 2);
    for (int num : nums) {
        move += Math.abs(num - median);
    }
    return move;
C
CyC2018 已提交
3888 3889
}

C
CyC2018 已提交
3890 3891 3892 3893 3894 3895 3896 3897 3898 3899 3900 3901 3902 3903
private int findKthSmallest(int[] nums, int k) {
    int l = 0, h = nums.length - 1;
    while (l < h) {
        int j = partition(nums, l, h);
        if (j == k) {
            break;
        }
        if (j < k) {
            l = j + 1;
        } else {
            h = j - 1;
        }
    }
    return nums[k];
C
CyC2018 已提交
3904 3905
}

C
CyC2018 已提交
3906 3907 3908 3909 3910 3911 3912 3913 3914 3915 3916 3917
private int partition(int[] nums, int l, int h) {
    int i = l, j = h + 1;
    while (true) {
        while (nums[++i] < nums[l] && i < h) ;
        while (nums[--j] > nums[l] && j > l) ;
        if (i >= j) {
            break;
        }
        swap(nums, i, j);
    }
    swap(nums, l, j);
    return j;
C
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3918 3919
}

C
CyC2018 已提交
3920 3921 3922 3923
private void swap(int[] nums, int i, int j) {
    int tmp = nums[i];
    nums[i] = nums[j];
    nums[j] = tmp;
C
CyC2018 已提交
3924 3925 3926
}
```

C
CyC2018 已提交
3927
### 多数投票问题
C
CyC2018 已提交
3928

C
CyC2018 已提交
3929
**数组中出现次数多于 n / 2 的元素** 
C
CyC2018 已提交
3930

C
CyC2018 已提交
3931
[169. Majority Element (Easy)](https://leetcode.com/problems/majority-element/description/)
C
CyC2018 已提交
3932

C
CyC2018 已提交
3933
先对数组排序,最中间那个数出现次数一定多于 n / 2。
C
CyC2018 已提交
3934 3935

```java
C
CyC2018 已提交
3936 3937 3938
public int majorityElement(int[] nums) {
    Arrays.sort(nums);
    return nums[nums.length / 2];
C
CyC2018 已提交
3939 3940 3941
}
```

C
CyC2018 已提交
3942
可以利用 Boyer-Moore Majority Vote Algorithm 来解决这个问题,使得时间复杂度为 O(N)。可以这么理解该算法:使用 cnt 来统计一个元素出现的次数,当遍历到的元素和统计元素不相等时,令 cnt--。如果前面查找了 i 个元素,且 cnt == 0,说明前 i 个元素没有 majority,或者有 majority,但是出现的次数少于 i / 2,因为如果多于 i / 2 的话 cnt 就一定不会为 0。此时剩下的 n - i 个元素中,majority 的数目依然多于 (n - i) / 2,因此继续查找就能找出 majority。
C
CyC2018 已提交
3943 3944

```java
C
CyC2018 已提交
3945 3946 3947 3948 3949 3950 3951
public int majorityElement(int[] nums) {
    int cnt = 0, majority = nums[0];
    for (int num : nums) {
        majority = (cnt == 0) ? num : majority;
        cnt = (majority == num) ? cnt + 1 : cnt - 1;
    }
    return majority;
C
CyC2018 已提交
3952 3953 3954
}
```

C
CyC2018 已提交
3955
### 其它
C
CyC2018 已提交
3956

C
CyC2018 已提交
3957
**平方数** 
C
CyC2018 已提交
3958

C
CyC2018 已提交
3959
[367. Valid Perfect Square (Easy)](https://leetcode.com/problems/valid-perfect-square/description/)
C
CyC2018 已提交
3960 3961

```html
C
CyC2018 已提交
3962 3963
Input: 16
Returns: True
C
CyC2018 已提交
3964 3965 3966
```

平方序列:1,4,9,16,..
C
CyC2018 已提交
3967

C
CyC2018 已提交
3968 3969
间隔:3,5,7,...

C
CyC2018 已提交
3970
间隔为等差数列,使用这个特性可以得到从 1 开始的平方序列。
C
CyC2018 已提交
3971 3972

```java
C
CyC2018 已提交
3973 3974 3975 3976 3977 3978 3979
public boolean isPerfectSquare(int num) {
    int subNum = 1;
    while (num > 0) {
        num -= subNum;
        subNum += 2;
    }
    return num == 0;
C
CyC2018 已提交
3980 3981 3982
}
```

C
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3983
**3 的 n 次方** 
C
CyC2018 已提交
3984

C
CyC2018 已提交
3985
[326. Power of Three (Easy)](https://leetcode.com/problems/power-of-three/description/)
C
CyC2018 已提交
3986 3987

```java
C
CyC2018 已提交
3988 3989
public boolean isPowerOfThree(int n) {
    return n > 0 && (1162261467 % n == 0);
C
CyC2018 已提交
3990 3991 3992
}
```

C
CyC2018 已提交
3993
**乘积数组** 
C
CyC2018 已提交
3994

C
CyC2018 已提交
3995
[238. Product of Array Except Self (Medium)](https://leetcode.com/problems/product-of-array-except-self/description/)
C
CyC2018 已提交
3996 3997

```html
C
CyC2018 已提交
3998
For example, given [1,2,3,4], return [24,12,8,6].
C
CyC2018 已提交
3999 4000
```

C
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4001
给定一个数组,创建一个新数组,新数组的每个元素为原始数组中除了该位置上的元素之外所有元素的乘积。
C
CyC2018 已提交
4002

C
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4003
要求时间复杂度为 O(N),并且不能使用除法。
C
CyC2018 已提交
4004 4005

```java
C
CyC2018 已提交
4006 4007 4008 4009 4010 4011 4012 4013 4014 4015 4016 4017 4018 4019 4020
public int[] productExceptSelf(int[] nums) {
    int n = nums.length;
    int[] products = new int[n];
    Arrays.fill(products, 1);
    int left = 1;
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        left *= nums[i - 1];
        products[i] *= left;
    }
    int right = 1;
    for (int i = n - 2; i >= 0; i--) {
        right *= nums[i + 1];
        products[i] *= right;
    }
    return products;
C
CyC2018 已提交
4021 4022 4023
}
```

C
CyC2018 已提交
4024
**找出数组中的乘积最大的三个数** 
C
CyC2018 已提交
4025

C
CyC2018 已提交
4026
[628. Maximum Product of Three Numbers (Easy)](https://leetcode.com/problems/maximum-product-of-three-numbers/description/)
C
CyC2018 已提交
4027 4028

```html
C
CyC2018 已提交
4029 4030
Input: [1,2,3,4]
Output: 24
C
CyC2018 已提交
4031 4032 4033
```

```java
C
CyC2018 已提交
4034 4035 4036 4037 4038 4039 4040 4041 4042 4043 4044 4045 4046
public int maximumProduct(int[] nums) {
    int max1 = Integer.MIN_VALUE, max2 = Integer.MIN_VALUE, max3 = Integer.MIN_VALUE, min1 = Integer.MAX_VALUE, min2 = Integer.MAX_VALUE;
    for (int n : nums) {
        if (n > max1) {
            max3 = max2;
            max2 = max1;
            max1 = n;
        } else if (n > max2) {
            max3 = max2;
            max2 = n;
        } else if (n > max3) {
            max3 = n;
        }
C
CyC2018 已提交
4047

C
CyC2018 已提交
4048 4049 4050 4051 4052 4053 4054 4055
        if (n < min1) {
            min2 = min1;
            min1 = n;
        } else if (n < min2) {
            min2 = n;
        }
    }
    return Math.max(max1*max2*max3, max1*min1*min2);
C
CyC2018 已提交
4056 4057 4058
}
```

C
CyC2018 已提交
4059
# 数据结构相关
C
CyC2018 已提交
4060

C
CyC2018 已提交
4061
## 链表
C
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4062

C
CyC2018 已提交
4063
链表是空节点,或者有一个值和一个指向下一个链表的指针,因此很多链表问题可以用递归来处理。
C
CyC2018 已提交
4064

C
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4065
**找出两个链表的交点** 
C
CyC2018 已提交
4066

C
CyC2018 已提交
4067
[160. Intersection of Two Linked Lists (Easy)](https://leetcode.com/problems/intersection-of-two-linked-lists/description/)
C
CyC2018 已提交
4068

C
CyC2018 已提交
4069
```html
C
CyC2018 已提交
4070 4071 4072 4073 4074
A:          a1 → a2

                      c1 → c2 → c3

B:    b1 → b2 → b3
C
CyC2018 已提交
4075 4076
```

C
CyC2018 已提交
4077
要求:时间复杂度为 O(N),空间复杂度为 O(1)
C
CyC2018 已提交
4078

C
CyC2018 已提交
4079
设 A 的长度为 a + c,B 的长度为 b + c,其中 c 为尾部公共部分长度,可知 a + c + b = b + c + a。
C
CyC2018 已提交
4080

C
CyC2018 已提交
4081
当访问 A 链表的指针访问到链表尾部时,令它从链表 B 的头部开始访问链表 B;同样地,当访问 B 链表的指针访问到链表尾部时,令它从链表 A 的头部开始访问链表 A。这样就能控制访问 A 和 B 两个链表的指针能同时访问到交点。
C
CyC2018 已提交
4082 4083

```java
C
CyC2018 已提交
4084 4085 4086 4087 4088 4089 4090
public ListNode getIntersectionNode(ListNode headA, ListNode headB) {
    ListNode l1 = headA, l2 = headB;
    while (l1 != l2) {
        l1 = (l1 == null) ? headB : l1.next;
        l2 = (l2 == null) ? headA : l2.next;
    }
    return l1;
C
CyC2018 已提交
4091 4092 4093
}
```

C
CyC2018 已提交
4094
如果只是判断是否存在交点,那么就是另一个问题,即 [编程之美 3.6]() 的问题。有两种解法:
C
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4095

C
CyC2018 已提交
4096 4097
- 把第一个链表的结尾连接到第二个链表的开头,看第二个链表是否存在环;
- 或者直接比较两个链表的最后一个节点是否相同。
C
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4098

C
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4099
**链表反转** 
C
CyC2018 已提交
4100

C
CyC2018 已提交
4101
[206. Reverse Linked List (Easy)](https://leetcode.com/problems/reverse-linked-list/description/)
C
CyC2018 已提交
4102

C
CyC2018 已提交
4103
递归
C
CyC2018 已提交
4104 4105

```java
C
CyC2018 已提交
4106 4107 4108 4109 4110 4111 4112 4113 4114
public ListNode reverseList(ListNode head) {
    if (head == null || head.next == null) {
        return head;
    }
    ListNode next = head.next;
    ListNode newHead = reverseList(next);
    next.next = head;
    head.next = null;
    return newHead;
C
CyC2018 已提交
4115 4116 4117
}
```

C
CyC2018 已提交
4118
头插法
C
CyC2018 已提交
4119 4120

```java
C
CyC2018 已提交
4121 4122 4123 4124 4125 4126 4127 4128 4129
public ListNode reverseList(ListNode head) {
    ListNode newHead = new ListNode(-1);
    while (head != null) {
        ListNode next = head.next;
        head.next = newHead.next;
        newHead.next = head;
        head = next;
    }
    return newHead.next;
C
CyC2018 已提交
4130 4131 4132
}
```

C
CyC2018 已提交
4133
**归并两个有序的链表** 
C
CyC2018 已提交
4134

C
CyC2018 已提交
4135
[21. Merge Two Sorted Lists (Easy)](https://leetcode.com/problems/merge-two-sorted-lists/description/)
C
CyC2018 已提交
4136 4137

```java
C
CyC2018 已提交
4138 4139 4140 4141 4142 4143 4144 4145 4146 4147
public ListNode mergeTwoLists(ListNode l1, ListNode l2) {
    if (l1 == null) return l2;
    if (l2 == null) return l1;
    if (l1.val < l2.val) {
        l1.next = mergeTwoLists(l1.next, l2);
        return l1;
    } else {
        l2.next = mergeTwoLists(l1, l2.next);
        return l2;
    }
C
CyC2018 已提交
4148 4149 4150
}
```

C
CyC2018 已提交
4151
**从有序链表中删除重复节点** 
C
CyC2018 已提交
4152

C
CyC2018 已提交
4153
[83. Remove Duplicates from Sorted List (Easy)](https://leetcode.com/problems/remove-duplicates-from-sorted-list/description/)
C
CyC2018 已提交
4154

C
CyC2018 已提交
4155
```html
C
CyC2018 已提交
4156 4157
Given 1->1->2, return 1->2.
Given 1->1->2->3->3, return 1->2->3.
C
CyC2018 已提交
4158
```
C
CyC2018 已提交
4159

C
CyC2018 已提交
4160
```java
C
CyC2018 已提交
4161 4162 4163 4164
public ListNode deleteDuplicates(ListNode head) {
    if (head == null || head.next == null) return head;
    head.next = deleteDuplicates(head.next);
    return head.val == head.next.val ? head.next : head;
C
CyC2018 已提交
4165 4166
}
```
C
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4167

C
CyC2018 已提交
4168
**删除链表的倒数第 n 个节点** 
C
CyC2018 已提交
4169

C
CyC2018 已提交
4170
[19. Remove Nth Node From End of List (Medium)](https://leetcode.com/problems/remove-nth-node-from-end-of-list/description/)
C
CyC2018 已提交
4171

C
CyC2018 已提交
4172
```html
C
CyC2018 已提交
4173 4174
Given linked list: 1->2->3->4->5, and n = 2.
After removing the second node from the end, the linked list becomes 1->2->3->5.
C
CyC2018 已提交
4175
```
C
CyC2018 已提交
4176 4177

```java
C
CyC2018 已提交
4178 4179 4180 4181 4182 4183 4184 4185 4186 4187 4188 4189 4190
public ListNode removeNthFromEnd(ListNode head, int n) {
    ListNode fast = head;
    while (n-- > 0) {
        fast = fast.next;
    }
    if (fast == null) return head.next;
    ListNode slow = head;
    while (fast.next != null) {
        fast = fast.next;
        slow = slow.next;
    }
    slow.next = slow.next.next;
    return head;
C
CyC2018 已提交
4191 4192 4193
}
```

C
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4194
**交换链表中的相邻结点** 
C
CyC2018 已提交
4195

C
CyC2018 已提交
4196
[24. Swap Nodes in Pairs (Medium)](https://leetcode.com/problems/swap-nodes-in-pairs/description/)
C
CyC2018 已提交
4197 4198

```html
C
CyC2018 已提交
4199
Given 1->2->3->4, you should return the list as 2->1->4->3.
C
CyC2018 已提交
4200 4201
```

C
CyC2018 已提交
4202
题目要求:不能修改结点的 val 值,O(1) 空间复杂度。
C
CyC2018 已提交
4203 4204

```java
C
CyC2018 已提交
4205 4206 4207 4208 4209 4210 4211 4212 4213 4214
public ListNode swapPairs(ListNode head) {
    ListNode node = new ListNode(-1);
    node.next = head;
    ListNode pre = node;
    while (pre.next != null && pre.next.next != null) {
        ListNode l1 = pre.next, l2 = pre.next.next;
        ListNode next = l2.next;
        l1.next = next;
        l2.next = l1;
        pre.next = l2;
C
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4215

C
CyC2018 已提交
4216 4217 4218
        pre = l1;
    }
    return node.next;
C
CyC2018 已提交
4219 4220 4221
}
```

C
CyC2018 已提交
4222
**链表求和** 
C
CyC2018 已提交
4223

C
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4224
[445. Add Two Numbers II (Medium)](https://leetcode.com/problems/add-two-numbers-ii/description/)
C
CyC2018 已提交
4225 4226

```html
C
CyC2018 已提交
4227 4228
Input: (7 -> 2 -> 4 -> 3) + (5 -> 6 -> 4)
Output: 7 -> 8 -> 0 -> 7
C
CyC2018 已提交
4229 4230
```

C
CyC2018 已提交
4231
题目要求:不能修改原始链表。
C
CyC2018 已提交
4232 4233

```java
C
CyC2018 已提交
4234 4235 4236 4237 4238 4239 4240 4241 4242 4243 4244 4245 4246 4247 4248
public ListNode addTwoNumbers(ListNode l1, ListNode l2) {
    Stack<Integer> l1Stack = buildStack(l1);
    Stack<Integer> l2Stack = buildStack(l2);
    ListNode head = new ListNode(-1);
    int carry = 0;
    while (!l1Stack.isEmpty() || !l2Stack.isEmpty() || carry != 0) {
        int x = l1Stack.isEmpty() ? 0 : l1Stack.pop();
        int y = l2Stack.isEmpty() ? 0 : l2Stack.pop();
        int sum = x + y + carry;
        ListNode node = new ListNode(sum % 10);
        node.next = head.next;
        head.next = node;
        carry = sum / 10;
    }
    return head.next;
C
CyC2018 已提交
4249 4250
}

C
CyC2018 已提交
4251 4252 4253 4254 4255 4256 4257
private Stack<Integer> buildStack(ListNode l) {
    Stack<Integer> stack = new Stack<>();
    while (l != null) {
        stack.push(l.val);
        l = l.next;
    }
    return stack;
C
CyC2018 已提交
4258 4259 4260
}
```

C
CyC2018 已提交
4261
**回文链表** 
C
CyC2018 已提交
4262

C
CyC2018 已提交
4263
[234. Palindrome Linked List (Easy)](https://leetcode.com/problems/palindrome-linked-list/description/)
C
CyC2018 已提交
4264

C
CyC2018 已提交
4265
题目要求:以 O(1) 的空间复杂度来求解。
C
CyC2018 已提交
4266

C
CyC2018 已提交
4267
切成两半,把后半段反转,然后比较两半是否相等。
C
CyC2018 已提交
4268

C
CyC2018 已提交
4269
```java
C
CyC2018 已提交
4270 4271 4272 4273 4274 4275 4276 4277 4278 4279
public boolean isPalindrome(ListNode head) {
    if (head == null || head.next == null) return true;
    ListNode slow = head, fast = head.next;
    while (fast != null && fast.next != null) {
        slow = slow.next;
        fast = fast.next.next;
    }
    if (fast != null) slow = slow.next;  // 偶数节点,让 slow 指向下一个节点
    cut(head, slow);                     // 切成两个链表
    return isEqual(head, reverse(slow));
C
CyC2018 已提交
4280 4281
}

C
CyC2018 已提交
4282 4283 4284 4285 4286
private void cut(ListNode head, ListNode cutNode) {
    while (head.next != cutNode) {
        head = head.next;
    }
    head.next = null;
C
CyC2018 已提交
4287 4288
}

C
CyC2018 已提交
4289 4290 4291 4292 4293 4294 4295 4296 4297
private ListNode reverse(ListNode head) {
    ListNode newHead = null;
    while (head != null) {
        ListNode nextNode = head.next;
        head.next = newHead;
        newHead = head;
        head = nextNode;
    }
    return newHead;
C
CyC2018 已提交
4298
}
C
CyC2018 已提交
4299

C
CyC2018 已提交
4300 4301 4302 4303 4304 4305 4306
private boolean isEqual(ListNode l1, ListNode l2) {
    while (l1 != null && l2 != null) {
        if (l1.val != l2.val) return false;
        l1 = l1.next;
        l2 = l2.next;
    }
    return true;
C
CyC2018 已提交
4307
}
C
CyC2018 已提交
4308 4309
```

C
CyC2018 已提交
4310
**分隔链表** 
C
CyC2018 已提交
4311

C
CyC2018 已提交
4312
[725. Split Linked List in Parts(Medium)](https://leetcode.com/problems/split-linked-list-in-parts/description/)
C
CyC2018 已提交
4313 4314

```html
C
CyC2018 已提交
4315
Input:
C
CyC2018 已提交
4316 4317
root = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10], k = 3
Output: [[1, 2, 3, 4], [5, 6, 7], [8, 9, 10]]
C
CyC2018 已提交
4318
Explanation:
C
CyC2018 已提交
4319
The input has been split into consecutive parts with size difference at most 1, and earlier parts are a larger size than the later parts.
C
CyC2018 已提交
4320 4321
```

C
CyC2018 已提交
4322
题目描述:把链表分隔成 k 部分,每部分的长度都应该尽可能相同,排在前面的长度应该大于等于后面的。
C
CyC2018 已提交
4323 4324

```java
C
CyC2018 已提交
4325 4326 4327 4328 4329 4330 4331 4332 4333 4334 4335 4336 4337 4338 4339 4340 4341 4342 4343 4344 4345 4346
public ListNode[] splitListToParts(ListNode root, int k) {
    int N = 0;
    ListNode cur = root;
    while (cur != null) {
        N++;
        cur = cur.next;
    }
    int mod = N % k;
    int size = N / k;
    ListNode[] ret = new ListNode[k];
    cur = root;
    for (int i = 0; cur != null && i < k; i++) {
        ret[i] = cur;
        int curSize = size + (mod-- > 0 ? 1 : 0);
        for (int j = 0; j < curSize - 1; j++) {
            cur = cur.next;
        }
        ListNode next = cur.next;
        cur.next = null;
        cur = next;
    }
    return ret;
C
CyC2018 已提交
4347 4348 4349
}
```

C
CyC2018 已提交
4350
**链表元素按奇偶聚集** 
C
CyC2018 已提交
4351

C
CyC2018 已提交
4352
[328. Odd Even Linked List (Medium)](https://leetcode.com/problems/odd-even-linked-list/description/)
C
CyC2018 已提交
4353 4354 4355

```html
Example:
C
CyC2018 已提交
4356 4357
Given 1->2->3->4->5->NULL,
return 1->3->5->2->4->NULL.
C
CyC2018 已提交
4358 4359 4360
```

```java
C
CyC2018 已提交
4361 4362 4363 4364 4365 4366 4367 4368 4369 4370 4371 4372 4373
public ListNode oddEvenList(ListNode head) {
    if (head == null) {
        return head;
    }
    ListNode odd = head, even = head.next, evenHead = even;
    while (even != null && even.next != null) {
        odd.next = odd.next.next;
        odd = odd.next;
        even.next = even.next.next;
        even = even.next;
    }
    odd.next = evenHead;
    return head;
C
CyC2018 已提交
4374 4375 4376
}
```

C
CyC2018 已提交
4377
## 树
C
CyC2018 已提交
4378

C
CyC2018 已提交
4379
### 递归
C
CyC2018 已提交
4380

C
CyC2018 已提交
4381
一棵树要么是空树,要么有两个指针,每个指针指向一棵树。树是一种递归结构,很多树的问题可以使用递归来处理。
C
CyC2018 已提交
4382

C
CyC2018 已提交
4383
**树的高度** 
C
CyC2018 已提交
4384

C
CyC2018 已提交
4385
[104. Maximum Depth of Binary Tree (Easy)](https://leetcode.com/problems/maximum-depth-of-binary-tree/description/)
C
CyC2018 已提交
4386 4387

```java
C
CyC2018 已提交
4388 4389 4390
public int maxDepth(TreeNode root) {
    if (root == null) return 0;
    return Math.max(maxDepth(root.left), maxDepth(root.right)) + 1;
C
CyC2018 已提交
4391 4392 4393
}
```

C
CyC2018 已提交
4394
**平衡树** 
C
CyC2018 已提交
4395

C
CyC2018 已提交
4396
[110. Balanced Binary Tree (Easy)](https://leetcode.com/problems/balanced-binary-tree/description/)
C
CyC2018 已提交
4397 4398

```html
C
CyC2018 已提交
4399 4400 4401 4402 4403
    3
   / \
  9  20
    /  \
   15   7
C
CyC2018 已提交
4404 4405
```

C
CyC2018 已提交
4406
平衡树左右子树高度差都小于等于 1
C
CyC2018 已提交
4407 4408

```java
C
CyC2018 已提交
4409
private boolean result = true;
C
CyC2018 已提交
4410

C
CyC2018 已提交
4411 4412 4413
public boolean isBalanced(TreeNode root) {
    maxDepth(root);
    return result;
C
CyC2018 已提交
4414 4415
}

C
CyC2018 已提交
4416 4417 4418 4419 4420 4421
public int maxDepth(TreeNode root) {
    if (root == null) return 0;
    int l = maxDepth(root.left);
    int r = maxDepth(root.right);
    if (Math.abs(l - r) > 1) result = false;
    return 1 + Math.max(l, r);
C
CyC2018 已提交
4422 4423 4424
}
```

C
CyC2018 已提交
4425
**两节点的最长路径** 
C
CyC2018 已提交
4426

C
CyC2018 已提交
4427
[543. Diameter of Binary Tree (Easy)](https://leetcode.com/problems/diameter-of-binary-tree/description/)
C
CyC2018 已提交
4428 4429

```html
C
CyC2018 已提交
4430
Input:
C
CyC2018 已提交
4431

C
CyC2018 已提交
4432 4433 4434 4435 4436
         1
        / \
       2  3
      / \
     4   5
C
CyC2018 已提交
4437

C
CyC2018 已提交
4438
Return 3, which is the length of the path [4,2,1,3] or [5,2,1,3].
C
CyC2018 已提交
4439
```
C
CyC2018 已提交
4440 4441

```java
C
CyC2018 已提交
4442
private int max = 0;
C
CyC2018 已提交
4443

C
CyC2018 已提交
4444 4445 4446
public int diameterOfBinaryTree(TreeNode root) {
    depth(root);
    return max;
C
CyC2018 已提交
4447 4448
}

C
CyC2018 已提交
4449 4450 4451 4452 4453 4454
private int depth(TreeNode root) {
    if (root == null) return 0;
    int leftDepth = depth(root.left);
    int rightDepth = depth(root.right);
    max = Math.max(max, leftDepth + rightDepth);
    return Math.max(leftDepth, rightDepth) + 1;
C
CyC2018 已提交
4455 4456 4457
}
```

C
CyC2018 已提交
4458
**翻转树** 
C
CyC2018 已提交
4459

C
CyC2018 已提交
4460
[226. Invert Binary Tree (Easy)](https://leetcode.com/problems/invert-binary-tree/description/)
C
CyC2018 已提交
4461 4462

```java
C
CyC2018 已提交
4463 4464 4465 4466 4467 4468
public TreeNode invertTree(TreeNode root) {
    if (root == null) return null;
    TreeNode left = root.left;  // 后面的操作会改变 left 指针,因此先保存下来
    root.left = invertTree(root.right);
    root.right = invertTree(left);
    return root;
C
CyC2018 已提交
4469 4470 4471
}
```

C
CyC2018 已提交
4472
**归并两棵树** 
C
CyC2018 已提交
4473

C
CyC2018 已提交
4474
[617. Merge Two Binary Trees (Easy)](https://leetcode.com/problems/merge-two-binary-trees/description/)
C
CyC2018 已提交
4475 4476

```html
C
CyC2018 已提交
4477
Input:
C
CyC2018 已提交
4478 4479 4480 4481 4482 4483
       Tree 1                     Tree 2
          1                         2
         / \                       / \
        3   2                     1   3
       /                           \   \
      5                             4   7
C
CyC2018 已提交
4484 4485

Output:
C
CyC2018 已提交
4486 4487 4488 4489 4490
         3
        / \
       4   5
      / \   \
     5   4   7
C
CyC2018 已提交
4491 4492 4493
```

```java
C
CyC2018 已提交
4494 4495 4496 4497 4498 4499 4500 4501
public TreeNode mergeTrees(TreeNode t1, TreeNode t2) {
    if (t1 == null && t2 == null) return null;
    if (t1 == null) return t2;
    if (t2 == null) return t1;
    TreeNode root = new TreeNode(t1.val + t2.val);
    root.left = mergeTrees(t1.left, t2.left);
    root.right = mergeTrees(t1.right, t2.right);
    return root;
C
CyC2018 已提交
4502 4503 4504
}
```

C
CyC2018 已提交
4505
**判断路径和是否等于一个数** 
C
CyC2018 已提交
4506

C
CyC2018 已提交
4507
[Leetcdoe : 112. Path Sum (Easy)](https://leetcode.com/problems/path-sum/description/)
C
CyC2018 已提交
4508 4509

```html
C
CyC2018 已提交
4510
Given the below binary tree and sum = 22,
C
CyC2018 已提交
4511

C
CyC2018 已提交
4512 4513 4514 4515 4516 4517 4518
              5
             / \
            4   8
           /   / \
          11  13  4
         /  \      \
        7    2      1
C
CyC2018 已提交
4519

C
CyC2018 已提交
4520
return true, as there exist a root-to-leaf path 5->4->11->2 which sum is 22.
C
CyC2018 已提交
4521 4522
```

C
CyC2018 已提交
4523
路径和定义为从 root 到 leaf 的所有节点的和。
C
CyC2018 已提交
4524

C
CyC2018 已提交
4525
```java
C
CyC2018 已提交
4526 4527 4528 4529
public boolean hasPathSum(TreeNode root, int sum) {
    if (root == null) return false;
    if (root.left == null && root.right == null && root.val == sum) return true;
    return hasPathSum(root.left, sum - root.val) || hasPathSum(root.right, sum - root.val);
C
CyC2018 已提交
4530 4531
}
```
C
CyC2018 已提交
4532

C
CyC2018 已提交
4533
**统计路径和等于一个数的路径数量** 
C
CyC2018 已提交
4534

C
CyC2018 已提交
4535
[437. Path Sum III (Easy)](https://leetcode.com/problems/path-sum-iii/description/)
C
CyC2018 已提交
4536

C
CyC2018 已提交
4537
```html
C
CyC2018 已提交
4538
root = [10,5,-3,3,2,null,11,3,-2,null,1], sum = 8
C
CyC2018 已提交
4539

C
CyC2018 已提交
4540 4541 4542 4543 4544 4545 4546
      10
     /  \
    5   -3
   / \    \
  3   2   11
 / \   \
3  -2   1
C
CyC2018 已提交
4547

C
CyC2018 已提交
4548
Return 3. The paths that sum to 8 are:
C
CyC2018 已提交
4549

C
CyC2018 已提交
4550 4551 4552
1.  5 -> 3
2.  5 -> 2 -> 1
3. -3 -> 11
C
CyC2018 已提交
4553
```
C
CyC2018 已提交
4554

C
CyC2018 已提交
4555
路径不一定以 root 开头,也不一定以 leaf 结尾,但是必须连续。
C
CyC2018 已提交
4556

C
CyC2018 已提交
4557
```java
C
CyC2018 已提交
4558 4559 4560 4561
public int pathSum(TreeNode root, int sum) {
    if (root == null) return 0;
    int ret = pathSumStartWithRoot(root, sum) + pathSum(root.left, sum) + pathSum(root.right, sum);
    return ret;
C
CyC2018 已提交
4562
}
C
CyC2018 已提交
4563

C
CyC2018 已提交
4564 4565 4566 4567 4568 4569
private int pathSumStartWithRoot(TreeNode root, int sum) {
    if (root == null) return 0;
    int ret = 0;
    if (root.val == sum) ret++;
    ret += pathSumStartWithRoot(root.left, sum - root.val) + pathSumStartWithRoot(root.right, sum - root.val);
    return ret;
C
CyC2018 已提交
4570 4571
}
```
C
CyC2018 已提交
4572

C
CyC2018 已提交
4573
**子树** 
C
CyC2018 已提交
4574

C
CyC2018 已提交
4575
[572. Subtree of Another Tree (Easy)](https://leetcode.com/problems/subtree-of-another-tree/description/)
C
CyC2018 已提交
4576 4577

```html
C
CyC2018 已提交
4578 4579 4580 4581 4582 4583
Given tree s:
     3
    / \
   4   5
  / \
 1   2
C
CyC2018 已提交
4584

C
CyC2018 已提交
4585 4586 4587 4588
Given tree t:
   4
  / \
 1   2
C
CyC2018 已提交
4589

C
CyC2018 已提交
4590
Return true, because t has the same structure and node values with a subtree of s.
C
CyC2018 已提交
4591

C
CyC2018 已提交
4592
Given tree s:
C
CyC2018 已提交
4593

C
CyC2018 已提交
4594 4595 4596 4597 4598 4599 4600
     3
    / \
   4   5
  / \
 1   2
    /
   0
C
CyC2018 已提交
4601

C
CyC2018 已提交
4602 4603 4604 4605
Given tree t:
   4
  / \
 1   2
C
CyC2018 已提交
4606

C
CyC2018 已提交
4607
Return false.
C
CyC2018 已提交
4608 4609 4610
```

```java
C
CyC2018 已提交
4611 4612 4613
public boolean isSubtree(TreeNode s, TreeNode t) {
    if (s == null) return false;
    return isSubtreeWithRoot(s, t) || isSubtree(s.left, t) || isSubtree(s.right, t);
C
CyC2018 已提交
4614 4615
}

C
CyC2018 已提交
4616 4617 4618 4619 4620
private boolean isSubtreeWithRoot(TreeNode s, TreeNode t) {
    if (t == null && s == null) return true;
    if (t == null || s == null) return false;
    if (t.val != s.val) return false;
    return isSubtreeWithRoot(s.left, t.left) && isSubtreeWithRoot(s.right, t.right);
C
CyC2018 已提交
4621 4622 4623
}
```

C
CyC2018 已提交
4624
**树的对称** 
C
CyC2018 已提交
4625

C
CyC2018 已提交
4626
[101. Symmetric Tree (Easy)](https://leetcode.com/problems/symmetric-tree/description/)
C
CyC2018 已提交
4627 4628

```html
C
CyC2018 已提交
4629 4630 4631 4632 4633
    1
   / \
  2   2
 / \ / \
3  4 4  3
C
CyC2018 已提交
4634 4635 4636
```

```java
C
CyC2018 已提交
4637 4638 4639
public boolean isSymmetric(TreeNode root) {
    if (root == null) return true;
    return isSymmetric(root.left, root.right);
C
CyC2018 已提交
4640 4641
}

C
CyC2018 已提交
4642 4643 4644 4645 4646
private boolean isSymmetric(TreeNode t1, TreeNode t2) {
    if (t1 == null && t2 == null) return true;
    if (t1 == null || t2 == null) return false;
    if (t1.val != t2.val) return false;
    return isSymmetric(t1.left, t2.right) && isSymmetric(t1.right, t2.left);
C
CyC2018 已提交
4647 4648 4649
}
```

C
CyC2018 已提交
4650
**最小路径** 
C
CyC2018 已提交
4651

C
CyC2018 已提交
4652
[111. Minimum Depth of Binary Tree (Easy)](https://leetcode.com/problems/minimum-depth-of-binary-tree/description/)
C
CyC2018 已提交
4653 4654

树的根节点到叶子节点的最小路径长度
C
CyC2018 已提交
4655 4656

```java
C
CyC2018 已提交
4657 4658 4659 4660 4661 4662
public int minDepth(TreeNode root) {
    if (root == null) return 0;
    int left = minDepth(root.left);
    int right = minDepth(root.right);
    if (left == 0 || right == 0) return left + right + 1;
    return Math.min(left, right) + 1;
C
CyC2018 已提交
4663 4664 4665
}
```

C
CyC2018 已提交
4666
**统计左叶子节点的和** 
C
CyC2018 已提交
4667

C
CyC2018 已提交
4668
[404. Sum of Left Leaves (Easy)](https://leetcode.com/problems/sum-of-left-leaves/description/)
C
CyC2018 已提交
4669 4670

```html
C
CyC2018 已提交
4671 4672 4673 4674 4675
    3
   / \
  9  20
    /  \
   15   7
C
CyC2018 已提交
4676

C
CyC2018 已提交
4677
There are two left leaves in the binary tree, with values 9 and 15 respectively. Return 24.
C
CyC2018 已提交
4678 4679 4680
```

```java
C
CyC2018 已提交
4681 4682 4683 4684
public int sumOfLeftLeaves(TreeNode root) {
    if (root == null) return 0;
    if (isLeaf(root.left)) return root.left.val + sumOfLeftLeaves(root.right);
    return sumOfLeftLeaves(root.left) + sumOfLeftLeaves(root.right);
C
CyC2018 已提交
4685 4686
}

C
CyC2018 已提交
4687 4688 4689
private boolean isLeaf(TreeNode node){
    if (node == null) return false;
    return node.left == null && node.right == null;
C
CyC2018 已提交
4690 4691 4692
}
```

C
CyC2018 已提交
4693
**相同节点值的最大路径长度** 
C
CyC2018 已提交
4694

C
CyC2018 已提交
4695
[687. Longest Univalue Path (Easy)](https://leetcode.com/problems/longest-univalue-path/)
C
CyC2018 已提交
4696

C
CyC2018 已提交
4697
```html
C
CyC2018 已提交
4698 4699 4700 4701 4702
             1
            / \
           4   5
          / \   \
         4   4   5
C
CyC2018 已提交
4703

C
CyC2018 已提交
4704
Output : 2
C
CyC2018 已提交
4705
```
C
CyC2018 已提交
4706 4707

```java
C
CyC2018 已提交
4708
private int path = 0;
C
CyC2018 已提交
4709

C
CyC2018 已提交
4710 4711 4712
public int longestUnivaluePath(TreeNode root) {
    dfs(root);
    return path;
C
CyC2018 已提交
4713
}
C
CyC2018 已提交
4714

C
CyC2018 已提交
4715 4716 4717 4718 4719 4720 4721 4722
private int dfs(TreeNode root){
    if (root == null) return 0;
    int left = dfs(root.left);
    int right = dfs(root.right);
    int leftPath = root.left != null && root.left.val == root.val ? left + 1 : 0;
    int rightPath = root.right != null && root.right.val == root.val ? right + 1 : 0;
    path = Math.max(path, leftPath + rightPath);
    return Math.max(leftPath, rightPath);
C
CyC2018 已提交
4723 4724 4725
}
```

C
CyC2018 已提交
4726
**间隔遍历** 
C
CyC2018 已提交
4727

C
CyC2018 已提交
4728
[337. House Robber III (Medium)](https://leetcode.com/problems/house-robber-iii/description/)
C
CyC2018 已提交
4729 4730

```html
C
CyC2018 已提交
4731 4732 4733 4734 4735 4736
     3
    / \
   2   3
    \   \
     3   1
Maximum amount of money the thief can rob = 3 + 3 + 1 = 7.
C
CyC2018 已提交
4737 4738 4739
```

```java
C
CyC2018 已提交
4740 4741 4742 4743 4744 4745 4746
public int rob(TreeNode root) {
    if (root == null) return 0;
    int val1 = root.val;
    if (root.left != null) val1 += rob(root.left.left) + rob(root.left.right);
    if (root.right != null) val1 += rob(root.right.left) + rob(root.right.right);
    int val2 = rob(root.left) + rob(root.right);
    return Math.max(val1, val2);
C
CyC2018 已提交
4747 4748 4749
}
```

C
CyC2018 已提交
4750
**找出二叉树中第二小的节点** 
C
CyC2018 已提交
4751

C
CyC2018 已提交
4752
[671. Second Minimum Node In a Binary Tree (Easy)](https://leetcode.com/problems/second-minimum-node-in-a-binary-tree/description/)
C
CyC2018 已提交
4753 4754 4755

```html
Input:
C
CyC2018 已提交
4756 4757 4758 4759 4760
   2
  / \
 2   5
    / \
    5  7
C
CyC2018 已提交
4761

C
CyC2018 已提交
4762
Output: 5
C
CyC2018 已提交
4763 4764
```

C
CyC2018 已提交
4765
一个节点要么具有 0 个或 2 个子节点,如果有子节点,那么根节点是最小的节点。
C
CyC2018 已提交
4766

C
CyC2018 已提交
4767
```java
C
CyC2018 已提交
4768 4769 4770 4771 4772 4773 4774 4775 4776 4777
public int findSecondMinimumValue(TreeNode root) {
    if (root == null) return -1;
    if (root.left == null && root.right == null) return -1;
    int leftVal = root.left.val;
    int rightVal = root.right.val;
    if (leftVal == root.val) leftVal = findSecondMinimumValue(root.left);
    if (rightVal == root.val) rightVal = findSecondMinimumValue(root.right);
    if (leftVal != -1 && rightVal != -1) return Math.min(leftVal, rightVal);
    if (leftVal != -1) return leftVal;
    return rightVal;
C
CyC2018 已提交
4778 4779
}
```
C
CyC2018 已提交
4780

C
CyC2018 已提交
4781
### 层次遍历
C
CyC2018 已提交
4782

C
CyC2018 已提交
4783
使用 BFS 进行层次遍历。不需要使用两个队列来分别存储当前层的节点和下一层的节点,因为在开始遍历一层的节点时,当前队列中的节点数就是当前层的节点数,只要控制遍历这么多节点数,就能保证这次遍历的都是当前层的节点。
C
CyC2018 已提交
4784

C
CyC2018 已提交
4785
**一棵树每层节点的平均数** 
C
CyC2018 已提交
4786

C
CyC2018 已提交
4787
[637. Average of Levels in Binary Tree (Easy)](https://leetcode.com/problems/average-of-levels-in-binary-tree/description/)
C
CyC2018 已提交
4788 4789

```java
C
CyC2018 已提交
4790 4791 4792 4793 4794 4795 4796 4797 4798 4799 4800 4801 4802 4803 4804 4805 4806
public List<Double> averageOfLevels(TreeNode root) {
    List<Double> ret = new ArrayList<>();
    if (root == null) return ret;
    Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
    queue.add(root);
    while (!queue.isEmpty()) {
        int cnt = queue.size();
        double sum = 0;
        for (int i = 0; i < cnt; i++) {
            TreeNode node = queue.poll();
            sum += node.val;
            if (node.left != null) queue.add(node.left);
            if (node.right != null) queue.add(node.right);
        }
        ret.add(sum / cnt);
    }
    return ret;
C
CyC2018 已提交
4807 4808 4809
}
```

C
CyC2018 已提交
4810
**得到左下角的节点** 
C
CyC2018 已提交
4811

C
CyC2018 已提交
4812
[513. Find Bottom Left Tree Value (Easy)](https://leetcode.com/problems/find-bottom-left-tree-value/description/)
C
CyC2018 已提交
4813

C
CyC2018 已提交
4814 4815
```html
Input:
C
CyC2018 已提交
4816

C
CyC2018 已提交
4817 4818 4819 4820 4821 4822 4823
        1
       / \
      2   3
     /   / \
    4   5   6
       /
      7
C
CyC2018 已提交
4824 4825 4826 4827 4828 4829

Output:
7
```

```java
C
CyC2018 已提交
4830 4831 4832 4833 4834 4835 4836 4837 4838
public int findBottomLeftValue(TreeNode root) {
    Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
    queue.add(root);
    while (!queue.isEmpty()) {
        root = queue.poll();
        if (root.right != null) queue.add(root.right);
        if (root.left != null) queue.add(root.left);
    }
    return root.val;
C
CyC2018 已提交
4839 4840 4841
}
```

C
CyC2018 已提交
4842
### 前中后序遍历
C
CyC2018 已提交
4843 4844

```html
C
CyC2018 已提交
4845 4846 4847 4848 4849
    1
   / \
  2   3
 / \   \
4   5   6
C
CyC2018 已提交
4850 4851
```

C
CyC2018 已提交
4852 4853 4854 4855
- 层次遍历顺序:[1 2 3 4 5 6]
- 前序遍历顺序:[1 2 4 5 3 6]
- 中序遍历顺序:[4 2 5 1 3 6]
- 后序遍历顺序:[4 5 2 6 3 1]
C
CyC2018 已提交
4856

C
CyC2018 已提交
4857
层次遍历使用 BFS 实现,利用的就是 BFS 一层一层遍历的特性;而前序、中序、后序遍历利用了 DFS 实现。
C
CyC2018 已提交
4858 4859 4860

前序、中序、后序遍只是在对节点访问的顺序有一点不同,其它都相同。

C
CyC2018 已提交
4861
① 前序
C
CyC2018 已提交
4862 4863

```java
C
CyC2018 已提交
4864 4865 4866 4867
void dfs(TreeNode root) {
    visit(root);
    dfs(root.left);
    dfs(root.right);
C
CyC2018 已提交
4868 4869 4870
}
```

C
CyC2018 已提交
4871
② 中序
C
CyC2018 已提交
4872

C
CyC2018 已提交
4873
```java
C
CyC2018 已提交
4874 4875 4876 4877
void dfs(TreeNode root) {
    dfs(root.left);
    visit(root);
    dfs(root.right);
C
CyC2018 已提交
4878
}
C
CyC2018 已提交
4879 4880
```

C
CyC2018 已提交
4881
③ 后序
C
CyC2018 已提交
4882 4883

```java
C
CyC2018 已提交
4884 4885 4886 4887
void dfs(TreeNode root) {
    dfs(root.left);
    dfs(root.right);
    visit(root);
C
CyC2018 已提交
4888 4889 4890
}
```

C
CyC2018 已提交
4891
**非递归实现二叉树的前序遍历** 
C
CyC2018 已提交
4892

C
CyC2018 已提交
4893
[144. Binary Tree Preorder Traversal (Medium)](https://leetcode.com/problems/binary-tree-preorder-traversal/description/)
C
CyC2018 已提交
4894 4895

```java
C
CyC2018 已提交
4896 4897 4898 4899 4900 4901 4902 4903 4904 4905 4906 4907
public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) {
    List<Integer> ret = new ArrayList<>();
    Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
    stack.push(root);
    while (!stack.isEmpty()) {
        TreeNode node = stack.pop();
        if (node == null) continue;
        ret.add(node.val);
        stack.push(node.right);  // 先右后左,保证左子树先遍历
        stack.push(node.left);
    }
    return ret;
C
CyC2018 已提交
4908 4909 4910
}
```

C
CyC2018 已提交
4911
**非递归实现二叉树的后序遍历** 
C
CyC2018 已提交
4912

C
CyC2018 已提交
4913
[145. Binary Tree Postorder Traversal (Medium)](https://leetcode.com/problems/binary-tree-postorder-traversal/description/)
C
CyC2018 已提交
4914

C
CyC2018 已提交
4915
前序遍历为 root -> left -> right,后序遍历为 left -> right -> root。可以修改前序遍历成为 root -> right -> left,那么这个顺序就和后序遍历正好相反。
C
CyC2018 已提交
4916 4917

```java
C
CyC2018 已提交
4918 4919 4920 4921 4922 4923 4924 4925 4926 4927 4928 4929 4930
public List<Integer> postorderTraversal(TreeNode root) {
    List<Integer> ret = new ArrayList<>();
    Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
    stack.push(root);
    while (!stack.isEmpty()) {
        TreeNode node = stack.pop();
        if (node == null) continue;
        ret.add(node.val);
        stack.push(node.left);
        stack.push(node.right);
    }
    Collections.reverse(ret);
    return ret;
C
CyC2018 已提交
4931 4932 4933
}
```

C
CyC2018 已提交
4934
**非递归实现二叉树的中序遍历** 
C
CyC2018 已提交
4935

C
CyC2018 已提交
4936
[94. Binary Tree Inorder Traversal (Medium)](https://leetcode.com/problems/binary-tree-inorder-traversal/description/)
C
CyC2018 已提交
4937 4938

```java
C
CyC2018 已提交
4939 4940 4941 4942 4943 4944 4945 4946 4947 4948 4949 4950 4951 4952 4953
public List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {
    List<Integer> ret = new ArrayList<>();
    if (root == null) return ret;
    Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
    TreeNode cur = root;
    while (cur != null || !stack.isEmpty()) {
        while (cur != null) {
            stack.push(cur);
            cur = cur.left;
        }
        TreeNode node = stack.pop();
        ret.add(node.val);
        cur = node.right;
    }
    return ret;
C
CyC2018 已提交
4954 4955 4956
}
```

C
CyC2018 已提交
4957
### BST
C
CyC2018 已提交
4958

C
CyC2018 已提交
4959
二叉查找树(BST):根节点大于等于左子树所有节点,小于等于右子树所有节点。
C
CyC2018 已提交
4960

C
CyC2018 已提交
4961
二叉查找树中序遍历有序。
C
CyC2018 已提交
4962

C
CyC2018 已提交
4963
**修剪二叉查找树** 
C
CyC2018 已提交
4964

C
CyC2018 已提交
4965
[669. Trim a Binary Search Tree (Easy)](https://leetcode.com/problems/trim-a-binary-search-tree/description/)
C
CyC2018 已提交
4966 4967

```html
C
CyC2018 已提交
4968
Input:
C
CyC2018 已提交
4969

C
CyC2018 已提交
4970 4971 4972 4973 4974 4975 4976
    3
   / \
  0   4
   \
    2
   /
  1
C
CyC2018 已提交
4977

C
CyC2018 已提交
4978 4979
  L = 1
  R = 3
C
CyC2018 已提交
4980

C
CyC2018 已提交
4981 4982
Output:

C
CyC2018 已提交
4983 4984 4985 4986 4987
      3
     /
   2
  /
 1
C
CyC2018 已提交
4988 4989
```

C
CyC2018 已提交
4990
题目描述:只保留值在 L \~ R 之间的节点
C
CyC2018 已提交
4991 4992

```java
C
CyC2018 已提交
4993 4994 4995 4996 4997 4998 4999
public TreeNode trimBST(TreeNode root, int L, int R) {
    if (root == null) return null;
    if (root.val > R) return trimBST(root.left, L, R);
    if (root.val < L) return trimBST(root.right, L, R);
    root.left = trimBST(root.left, L, R);
    root.right = trimBST(root.right, L, R);
    return root;
C
CyC2018 已提交
5000 5001 5002
}
```

C
CyC2018 已提交
5003
**寻找二叉查找树的第 k 个元素** 
C
CyC2018 已提交
5004

C
CyC2018 已提交
5005
[230. Kth Smallest Element in a BST (Medium)](https://leetcode.com/problems/kth-smallest-element-in-a-bst/description/)
C
CyC2018 已提交
5006 5007


C
CyC2018 已提交
5008
中序遍历解法:
C
CyC2018 已提交
5009 5010

```java
C
CyC2018 已提交
5011 5012
private int cnt = 0;
private int val;
C
CyC2018 已提交
5013

C
CyC2018 已提交
5014 5015 5016
public int kthSmallest(TreeNode root, int k) {
    inOrder(root, k);
    return val;
C
CyC2018 已提交
5017
}
C
CyC2018 已提交
5018

C
CyC2018 已提交
5019 5020 5021 5022 5023 5024 5025 5026 5027
private void inOrder(TreeNode node, int k) {
    if (node == null) return;
    inOrder(node.left, k);
    cnt++;
    if (cnt == k) {
        val = node.val;
        return;
    }
    inOrder(node.right, k);
C
CyC2018 已提交
5028 5029 5030
}
```

C
CyC2018 已提交
5031
递归解法:
C
CyC2018 已提交
5032 5033

```java
C
CyC2018 已提交
5034 5035 5036 5037 5038
public int kthSmallest(TreeNode root, int k) {
    int leftCnt = count(root.left);
    if (leftCnt == k - 1) return root.val;
    if (leftCnt > k - 1) return kthSmallest(root.left, k);
    return kthSmallest(root.right, k - leftCnt - 1);
C
CyC2018 已提交
5039 5040
}

C
CyC2018 已提交
5041 5042 5043
private int count(TreeNode node) {
    if (node == null) return 0;
    return 1 + count(node.left) + count(node.right);
C
CyC2018 已提交
5044 5045 5046
}
```

C
CyC2018 已提交
5047
**把二叉查找树每个节点的值都加上比它大的节点的值** 
C
CyC2018 已提交
5048

C
CyC2018 已提交
5049
[Convert BST to Greater Tree (Easy)](https://leetcode.com/problems/convert-bst-to-greater-tree/description/)
C
CyC2018 已提交
5050 5051

```html
C
CyC2018 已提交
5052
Input: The root of a Binary Search Tree like this:
C
CyC2018 已提交
5053

C
CyC2018 已提交
5054 5055 5056
              5
            /   \
           2     13
C
CyC2018 已提交
5057

C
CyC2018 已提交
5058
Output: The root of a Greater Tree like this:
C
CyC2018 已提交
5059

C
CyC2018 已提交
5060 5061 5062
             18
            /   \
          20     13
C
CyC2018 已提交
5063 5064
```

C
CyC2018 已提交
5065 5066
先遍历右子树。

C
CyC2018 已提交
5067
```java
C
CyC2018 已提交
5068
private int sum = 0;
C
CyC2018 已提交
5069

C
CyC2018 已提交
5070 5071 5072
public TreeNode convertBST(TreeNode root) {
    traver(root);
    return root;
C
CyC2018 已提交
5073 5074
}

C
CyC2018 已提交
5075 5076 5077 5078 5079 5080
private void traver(TreeNode node) {
    if (node == null) return;
    traver(node.right);
    sum += node.val;
    node.val = sum;
    traver(node.left);
C
CyC2018 已提交
5081 5082 5083
}
```

C
CyC2018 已提交
5084
**二叉查找树的最近公共祖先** 
C
CyC2018 已提交
5085

C
CyC2018 已提交
5086
[235. Lowest Common Ancestor of a Binary Search Tree (Easy)](https://leetcode.com/problems/lowest-common-ancestor-of-a-binary-search-tree/description/)
C
CyC2018 已提交
5087 5088

```html
C
CyC2018 已提交
5089 5090 5091 5092 5093 5094 5095
        _______6______
      /                \
  ___2__             ___8__
 /      \           /      \
0        4         7        9
        /  \
       3   5
C
CyC2018 已提交
5096

C
CyC2018 已提交
5097
For example, the lowest common ancestor (LCA) of nodes 2 and 8 is 6. Another example is LCA of nodes 2 and 4 is 2, since a node can be a descendant of itself according to the LCA definition.
C
CyC2018 已提交
5098 5099 5100
```

```java
C
CyC2018 已提交
5101 5102 5103 5104
public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
    if (root.val > p.val && root.val > q.val) return lowestCommonAncestor(root.left, p, q);
    if (root.val < p.val && root.val < q.val) return lowestCommonAncestor(root.right, p, q);
    return root;
C
CyC2018 已提交
5105 5106 5107
}
```

C
CyC2018 已提交
5108
**二叉树的最近公共祖先** 
C
CyC2018 已提交
5109

C
CyC2018 已提交
5110
[236. Lowest Common Ancestor of a Binary Tree (Medium) ](https://leetcode.com/problems/lowest-common-ancestor-of-a-binary-tree/description/)
C
CyC2018 已提交
5111 5112

```html
C
CyC2018 已提交
5113 5114 5115 5116 5117 5118 5119
       _______3______
      /              \
  ___5__           ___1__
 /      \         /      \
6        2       0        8
        /  \
       7    4
C
CyC2018 已提交
5120

C
CyC2018 已提交
5121
For example, the lowest common ancestor (LCA) of nodes 5 and 1 is 3. Another example is LCA of nodes 5 and 4 is 5, since a node can be a descendant of itself according to the LCA definition.
C
CyC2018 已提交
5122
```
C
CyC2018 已提交
5123

C
CyC2018 已提交
5124
```java
C
CyC2018 已提交
5125 5126 5127 5128 5129
public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
    if (root == null || root == p || root == q) return root;
    TreeNode left = lowestCommonAncestor(root.left, p, q);
    TreeNode right = lowestCommonAncestor(root.right, p, q);
    return left == null ? right : right == null ? left : root;
C
CyC2018 已提交
5130 5131 5132
}
```

C
CyC2018 已提交
5133
**从有序数组中构造二叉查找树** 
C
CyC2018 已提交
5134

C
CyC2018 已提交
5135
[108. Convert Sorted Array to Binary Search Tree (Easy)](https://leetcode.com/problems/convert-sorted-array-to-binary-search-tree/description/)
C
CyC2018 已提交
5136 5137

```java
C
CyC2018 已提交
5138 5139
public TreeNode sortedArrayToBST(int[] nums) {
    return toBST(nums, 0, nums.length - 1);
C
CyC2018 已提交
5140 5141
}

C
CyC2018 已提交
5142 5143 5144 5145 5146 5147 5148
private TreeNode toBST(int[] nums, int sIdx, int eIdx){
    if (sIdx > eIdx) return null;
    int mIdx = (sIdx + eIdx) / 2;
    TreeNode root = new TreeNode(nums[mIdx]);
    root.left =  toBST(nums, sIdx, mIdx - 1);
    root.right = toBST(nums, mIdx + 1, eIdx);
    return root;
C
CyC2018 已提交
5149 5150 5151
}
```

C
CyC2018 已提交
5152
**根据有序链表构造平衡的二叉查找树** 
C
CyC2018 已提交
5153

C
CyC2018 已提交
5154
[109. Convert Sorted List to Binary Search Tree (Medium)](https://leetcode.com/problems/convert-sorted-list-to-binary-search-tree/description/)
C
CyC2018 已提交
5155

C
CyC2018 已提交
5156
```html
C
CyC2018 已提交
5157
Given the sorted linked list: [-10,-3,0,5,9],
C
CyC2018 已提交
5158

C
CyC2018 已提交
5159
One possible answer is: [0,-3,9,-10,null,5], which represents the following height balanced BST:
C
CyC2018 已提交
5160

C
CyC2018 已提交
5161 5162 5163 5164 5165
      0
     / \
   -3   9
   /   /
 -10  5
C
CyC2018 已提交
5166
```
C
CyC2018 已提交
5167 5168

```java
C
CyC2018 已提交
5169 5170 5171 5172 5173 5174 5175 5176 5177 5178
public TreeNode sortedListToBST(ListNode head) {
    if (head == null) return null;
    if (head.next == null) return new TreeNode(head.val);
    ListNode preMid = preMid(head);
    ListNode mid = preMid.next;
    preMid.next = null;  // 断开链表
    TreeNode t = new TreeNode(mid.val);
    t.left = sortedListToBST(head);
    t.right = sortedListToBST(mid.next);
    return t;
C
CyC2018 已提交
5179 5180
}

C
CyC2018 已提交
5181 5182 5183 5184 5185 5186 5187 5188 5189
private ListNode preMid(ListNode head) {
    ListNode slow = head, fast = head.next;
    ListNode pre = head;
    while (fast != null && fast.next != null) {
        pre = slow;
        slow = slow.next;
        fast = fast.next.next;
    }
    return pre;
C
CyC2018 已提交
5190
}
C
CyC2018 已提交
5191
```
C
CyC2018 已提交
5192

C
CyC2018 已提交
5193
**在二叉查找树中寻找两个节点,使它们的和为一个给定值** 
C
CyC2018 已提交
5194

C
CyC2018 已提交
5195
[653. Two Sum IV - Input is a BST (Easy)](https://leetcode.com/problems/two-sum-iv-input-is-a-bst/description/)
C
CyC2018 已提交
5196 5197 5198 5199

```html
Input:

C
CyC2018 已提交
5200 5201 5202 5203 5204
    5
   / \
  3   6
 / \   \
2   4   7
C
CyC2018 已提交
5205

C
CyC2018 已提交
5206
Target = 9
C
CyC2018 已提交
5207

C
CyC2018 已提交
5208
Output: True
C
CyC2018 已提交
5209 5210 5211 5212 5213 5214 5215
```

使用中序遍历得到有序数组之后,再利用双指针对数组进行查找。

应该注意到,这一题不能用分别在左右子树两部分来处理这种思想,因为两个待求的节点可能分别在左右子树中。

```java
C
CyC2018 已提交
5216 5217 5218 5219 5220 5221 5222 5223 5224 5225 5226
public boolean findTarget(TreeNode root, int k) {
    List<Integer> nums = new ArrayList<>();
    inOrder(root, nums);
    int i = 0, j = nums.size() - 1;
    while (i < j) {
        int sum = nums.get(i) + nums.get(j);
        if (sum == k) return true;
        if (sum < k) i++;
        else j--;
    }
    return false;
C
CyC2018 已提交
5227 5228
}

C
CyC2018 已提交
5229 5230 5231 5232 5233
private void inOrder(TreeNode root, List<Integer> nums) {
    if (root == null) return;
    inOrder(root.left, nums);
    nums.add(root.val);
    inOrder(root.right, nums);
C
CyC2018 已提交
5234 5235 5236
}
```

C
CyC2018 已提交
5237
**在二叉查找树中查找两个节点之差的最小绝对值** 
C
CyC2018 已提交
5238

C
CyC2018 已提交
5239
[530. Minimum Absolute Difference in BST (Easy)](https://leetcode.com/problems/minimum-absolute-difference-in-bst/description/)
C
CyC2018 已提交
5240 5241 5242

```html
Input:
C
CyC2018 已提交
5243

C
CyC2018 已提交
5244 5245 5246 5247 5248
   1
    \
     3
    /
   2
C
CyC2018 已提交
5249 5250 5251 5252

Output:

1
C
CyC2018 已提交
5253 5254
```

C
CyC2018 已提交
5255
利用二叉查找树的中序遍历为有序的性质,计算中序遍历中临近的两个节点之差的绝对值,取最小值。
C
CyC2018 已提交
5256 5257

```java
C
CyC2018 已提交
5258 5259
private int minDiff = Integer.MAX_VALUE;
private TreeNode preNode = null;
C
CyC2018 已提交
5260

C
CyC2018 已提交
5261 5262 5263
public int getMinimumDifference(TreeNode root) {
    inOrder(root);
    return minDiff;
C
CyC2018 已提交
5264 5265
}

C
CyC2018 已提交
5266 5267 5268 5269 5270 5271
private void inOrder(TreeNode node) {
    if (node == null) return;
    inOrder(node.left);
    if (preNode != null) minDiff = Math.min(minDiff, node.val - preNode.val);
    preNode = node;
    inOrder(node.right);
C
CyC2018 已提交
5272 5273 5274
}
```

C
CyC2018 已提交
5275
**寻找二叉查找树中出现次数最多的值** 
C
CyC2018 已提交
5276

C
CyC2018 已提交
5277
[501. Find Mode in Binary Search Tree (Easy)](https://leetcode.com/problems/find-mode-in-binary-search-tree/description/)
C
CyC2018 已提交
5278 5279

```html
C
CyC2018 已提交
5280 5281 5282 5283 5284
   1
    \
     2
    /
   2
C
CyC2018 已提交
5285

C
CyC2018 已提交
5286
return [2].
C
CyC2018 已提交
5287 5288
```

C
CyC2018 已提交
5289 5290
答案可能不止一个,也就是有多个值出现的次数一样多。

C
CyC2018 已提交
5291
```java
C
CyC2018 已提交
5292 5293 5294
private int curCnt = 1;
private int maxCnt = 1;
private TreeNode preNode = null;
C
CyC2018 已提交
5295

C
CyC2018 已提交
5296 5297 5298 5299 5300 5301 5302 5303 5304
public int[] findMode(TreeNode root) {
    List<Integer> maxCntNums = new ArrayList<>();
    inOrder(root, maxCntNums);
    int[] ret = new int[maxCntNums.size()];
    int idx = 0;
    for (int num : maxCntNums) {
        ret[idx++] = num;
    }
    return ret;
C
CyC2018 已提交
5305 5306
}

C
CyC2018 已提交
5307 5308 5309 5310 5311 5312 5313 5314 5315 5316 5317 5318 5319 5320 5321 5322
private void inOrder(TreeNode node, List<Integer> nums) {
    if (node == null) return;
    inOrder(node.left, nums);
    if (preNode != null) {
        if (preNode.val == node.val) curCnt++;
        else curCnt = 1;
    }
    if (curCnt > maxCnt) {
        maxCnt = curCnt;
        nums.clear();
        nums.add(node.val);
    } else if (curCnt == maxCnt) {
        nums.add(node.val);
    }
    preNode = node;
    inOrder(node.right, nums);
C
CyC2018 已提交
5323 5324 5325
}
```

C
CyC2018 已提交
5326
### Trie
C
CyC2018 已提交
5327

C
CyC2018 已提交
5328
<div align="center"> <img src="pics/5c638d59-d4ae-4ba4-ad44-80bdc30f38dd.jpg"/> </div><br>
C
CyC2018 已提交
5329

C
CyC2018 已提交
5330
Trie,又称前缀树或字典树,用于判断字符串是否存在或者是否具有某种字符串前缀。
C
CyC2018 已提交
5331

C
CyC2018 已提交
5332
**实现一个 Trie** 
C
CyC2018 已提交
5333

C
CyC2018 已提交
5334
[208. Implement Trie (Prefix Tree) (Medium)](https://leetcode.com/problems/implement-trie-prefix-tree/description/)
C
CyC2018 已提交
5335 5336

```java
C
CyC2018 已提交
5337
class Trie {
C
CyC2018 已提交
5338

C
CyC2018 已提交
5339 5340 5341 5342
    private class Node {
        Node[] childs = new Node[26];
        boolean isLeaf;
    }
C
CyC2018 已提交
5343

C
CyC2018 已提交
5344
    private Node root = new Node();
C
CyC2018 已提交
5345

C
CyC2018 已提交
5346 5347
    public Trie() {
    }
C
CyC2018 已提交
5348

C
CyC2018 已提交
5349 5350 5351
    public void insert(String word) {
        insert(word, root);
    }
C
CyC2018 已提交
5352

C
CyC2018 已提交
5353 5354 5355 5356 5357 5358 5359 5360 5361 5362 5363 5364
    private void insert(String word, Node node) {
        if (node == null) return;
        if (word.length() == 0) {
            node.isLeaf = true;
            return;
        }
        int index = indexForChar(word.charAt(0));
        if (node.childs[index] == null) {
            node.childs[index] = new Node();
        }
        insert(word.substring(1), node.childs[index]);
    }
C
CyC2018 已提交
5365

C
CyC2018 已提交
5366 5367 5368
    public boolean search(String word) {
        return search(word, root);
    }
C
CyC2018 已提交
5369

C
CyC2018 已提交
5370 5371 5372 5373 5374 5375
    private boolean search(String word, Node node) {
        if (node == null) return false;
        if (word.length() == 0) return node.isLeaf;
        int index = indexForChar(word.charAt(0));
        return search(word.substring(1), node.childs[index]);
    }
C
CyC2018 已提交
5376

C
CyC2018 已提交
5377 5378 5379
    public boolean startsWith(String prefix) {
        return startWith(prefix, root);
    }
C
CyC2018 已提交
5380

C
CyC2018 已提交
5381 5382 5383 5384 5385 5386
    private boolean startWith(String prefix, Node node) {
        if (node == null) return false;
        if (prefix.length() == 0) return true;
        int index = indexForChar(prefix.charAt(0));
        return startWith(prefix.substring(1), node.childs[index]);
    }
C
CyC2018 已提交
5387

C
CyC2018 已提交
5388 5389 5390
    private int indexForChar(char c) {
        return c - 'a';
    }
C
CyC2018 已提交
5391 5392 5393
}
```

C
CyC2018 已提交
5394
**实现一个 Trie,用来求前缀和** 
C
CyC2018 已提交
5395

C
CyC2018 已提交
5396
[677. Map Sum Pairs (Medium)](https://leetcode.com/problems/map-sum-pairs/description/)
C
CyC2018 已提交
5397 5398

```html
C
CyC2018 已提交
5399 5400 5401 5402
Input: insert("apple", 3), Output: Null
Input: sum("ap"), Output: 3
Input: insert("app", 2), Output: Null
Input: sum("ap"), Output: 5
C
CyC2018 已提交
5403 5404 5405
```

```java
C
CyC2018 已提交
5406
class MapSum {
C
CyC2018 已提交
5407

C
CyC2018 已提交
5408 5409 5410 5411
    private class Node {
        Node[] child = new Node[26];
        int value;
    }
C
CyC2018 已提交
5412

C
CyC2018 已提交
5413
    private Node root = new Node();
C
CyC2018 已提交
5414

C
CyC2018 已提交
5415
    public MapSum() {
C
CyC2018 已提交
5416

C
CyC2018 已提交
5417
    }
C
CyC2018 已提交
5418

C
CyC2018 已提交
5419 5420 5421
    public void insert(String key, int val) {
        insert(key, root, val);
    }
C
CyC2018 已提交
5422

C
CyC2018 已提交
5423 5424 5425 5426 5427 5428 5429 5430 5431 5432 5433 5434
    private void insert(String key, Node node, int val) {
        if (node == null) return;
        if (key.length() == 0) {
            node.value = val;
            return;
        }
        int index = indexForChar(key.charAt(0));
        if (node.child[index] == null) {
            node.child[index] = new Node();
        }
        insert(key.substring(1), node.child[index], val);
    }
C
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5435

C
CyC2018 已提交
5436 5437 5438
    public int sum(String prefix) {
        return sum(prefix, root);
    }
C
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5439

C
CyC2018 已提交
5440 5441 5442 5443 5444 5445 5446 5447 5448 5449 5450 5451
    private int sum(String prefix, Node node) {
        if (node == null) return 0;
        if (prefix.length() != 0) {
            int index = indexForChar(prefix.charAt(0));
            return sum(prefix.substring(1), node.child[index]);
        }
        int sum = node.value;
        for (Node child : node.child) {
            sum += sum(prefix, child);
        }
        return sum;
    }
C
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5452

C
CyC2018 已提交
5453 5454 5455
    private int indexForChar(char c) {
        return c - 'a';
    }
C
CyC2018 已提交
5456 5457 5458 5459
}
```


C
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5460
## 栈和队列
C
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5461

C
CyC2018 已提交
5462
**用栈实现队列** 
C
CyC2018 已提交
5463

C
CyC2018 已提交
5464
[232. Implement Queue using Stacks (Easy)](https://leetcode.com/problems/implement-queue-using-stacks/description/)
C
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5465

C
CyC2018 已提交
5466
栈的顺序为后进先出,而队列的顺序为先进先出。使用两个栈实现队列,一个元素需要经过两个栈才能出队列,在经过第一个栈时元素顺序被反转,经过第二个栈时再次被反转,此时就是先进先出顺序。
C
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5467 5468

```java
C
CyC2018 已提交
5469
class MyQueue {
C
CyC2018 已提交
5470

C
CyC2018 已提交
5471 5472
    private Stack<Integer> in = new Stack<>();
    private Stack<Integer> out = new Stack<>();
C
CyC2018 已提交
5473

C
CyC2018 已提交
5474 5475 5476
    public void push(int x) {
        in.push(x);
    }
C
CyC2018 已提交
5477

C
CyC2018 已提交
5478 5479 5480 5481
    public int pop() {
        in2out();
        return out.pop();
    }
C
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5482

C
CyC2018 已提交
5483 5484 5485 5486
    public int peek() {
        in2out();
        return out.peek();
    }
C
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5487

C
CyC2018 已提交
5488 5489 5490 5491 5492 5493 5494
    private void in2out() {
        if (out.isEmpty()) {
            while (!in.isEmpty()) {
                out.push(in.pop());
            }
        }
    }
C
CyC2018 已提交
5495

C
CyC2018 已提交
5496 5497 5498
    public boolean empty() {
        return in.isEmpty() && out.isEmpty();
    }
C
CyC2018 已提交
5499 5500
}
```
C
CyC2018 已提交
5501

C
CyC2018 已提交
5502
**用队列实现栈** 
C
CyC2018 已提交
5503

C
CyC2018 已提交
5504
[225. Implement Stack using Queues (Easy)](https://leetcode.com/problems/implement-stack-using-queues/description/)
C
CyC2018 已提交
5505

C
CyC2018 已提交
5506
在将一个元素 x 插入队列时,为了维护原来的后进先出顺序,需要让 x 插入队列首部。而队列的默认插入顺序是队列尾部,因此在将 x 插入队列尾部之后,需要让除了 x 之外的所有元素出队列,再入队列。
C
CyC2018 已提交
5507 5508

```java
C
CyC2018 已提交
5509
class MyStack {
C
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5510

C
CyC2018 已提交
5511
    private Queue<Integer> queue;
C
CyC2018 已提交
5512

C
CyC2018 已提交
5513 5514 5515
    public MyStack() {
        queue = new LinkedList<>();
    }
C
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5516

C
CyC2018 已提交
5517 5518 5519 5520 5521 5522 5523
    public void push(int x) {
        queue.add(x);
        int cnt = queue.size();
        while (cnt-- > 1) {
            queue.add(queue.poll());
        }
    }
C
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5524

C
CyC2018 已提交
5525 5526 5527
    public int pop() {
        return queue.remove();
    }
C
CyC2018 已提交
5528

C
CyC2018 已提交
5529 5530 5531
    public int top() {
        return queue.peek();
    }
C
CyC2018 已提交
5532

C
CyC2018 已提交
5533 5534 5535
    public boolean empty() {
        return queue.isEmpty();
    }
C
CyC2018 已提交
5536 5537
}
```
C
CyC2018 已提交
5538

C
CyC2018 已提交
5539
**最小值栈** 
C
CyC2018 已提交
5540

C
CyC2018 已提交
5541
[155. Min Stack (Easy)](https://leetcode.com/problems/min-stack/description/)
C
CyC2018 已提交
5542

C
CyC2018 已提交
5543
```java
C
CyC2018 已提交
5544
class MinStack {
C
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5545

C
CyC2018 已提交
5546 5547 5548
    private Stack<Integer> dataStack;
    private Stack<Integer> minStack;
    private int min;
C
CyC2018 已提交
5549

C
CyC2018 已提交
5550 5551 5552 5553 5554
    public MinStack() {
        dataStack = new Stack<>();
        minStack = new Stack<>();
        min = Integer.MAX_VALUE;
    }
C
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5555

C
CyC2018 已提交
5556 5557 5558 5559 5560
    public void push(int x) {
        dataStack.add(x);
        min = Math.min(min, x);
        minStack.add(min);
    }
C
CyC2018 已提交
5561

C
CyC2018 已提交
5562 5563 5564 5565 5566
    public void pop() {
        dataStack.pop();
        minStack.pop();
        min = minStack.isEmpty() ? Integer.MAX_VALUE : minStack.peek();
    }
C
CyC2018 已提交
5567

C
CyC2018 已提交
5568 5569 5570
    public int top() {
        return dataStack.peek();
    }
C
CyC2018 已提交
5571

C
CyC2018 已提交
5572 5573 5574
    public int getMin() {
        return minStack.peek();
    }
C
CyC2018 已提交
5575 5576 5577
}
```

C
CyC2018 已提交
5578
对于实现最小值队列问题,可以先将队列使用栈来实现,然后就将问题转换为最小值栈,这个问题出现在 编程之美:3.7。
C
CyC2018 已提交
5579

C
CyC2018 已提交
5580
**用栈实现括号匹配** 
C
CyC2018 已提交
5581

C
CyC2018 已提交
5582
[20. Valid Parentheses (Easy)](https://leetcode.com/problems/valid-parentheses/description/)
C
CyC2018 已提交
5583 5584

```html
C
CyC2018 已提交
5585 5586
"()[]{}"

C
CyC2018 已提交
5587
Output : true
C
CyC2018 已提交
5588 5589 5590
```

```java
C
CyC2018 已提交
5591 5592 5593 5594 5595 5596 5597 5598 5599 5600 5601 5602 5603 5604 5605 5606 5607 5608 5609
public boolean isValid(String s) {
    Stack<Character> stack = new Stack<>();
    for (char c : s.toCharArray()) {
        if (c == '(' || c == '{' || c == '[') {
            stack.push(c);
        } else {
            if (stack.isEmpty()) {
                return false;
            }
            char cStack = stack.pop();
            boolean b1 = c == ')' && cStack != '(';
            boolean b2 = c == ']' && cStack != '[';
            boolean b3 = c == '}' && cStack != '{';
            if (b1 || b2 || b3) {
                return false;
            }
        }
    }
    return stack.isEmpty();
C
CyC2018 已提交
5610 5611 5612
}
```

C
CyC2018 已提交
5613
**数组中元素与下一个比它大的元素之间的距离** 
C
CyC2018 已提交
5614

C
CyC2018 已提交
5615
[739. Daily Temperatures (Medium)](https://leetcode.com/problems/daily-temperatures/description/)
C
CyC2018 已提交
5616

C
CyC2018 已提交
5617
```html
C
CyC2018 已提交
5618 5619
Input: [73, 74, 75, 71, 69, 72, 76, 73]
Output: [1, 1, 4, 2, 1, 1, 0, 0]
C
CyC2018 已提交
5620 5621 5622
```

在遍历数组时用栈把数组中的数存起来,如果当前遍历的数比栈顶元素来的大,说明栈顶元素的下一个比它大的数就是当前元素。
C
CyC2018 已提交
5623 5624

```java
C
CyC2018 已提交
5625 5626 5627 5628 5629 5630 5631 5632 5633 5634 5635 5636
public int[] dailyTemperatures(int[] temperatures) {
    int n = temperatures.length;
    int[] dist = new int[n];
    Stack<Integer> indexs = new Stack<>();
    for (int curIndex = 0; curIndex < n; curIndex++) {
        while (!indexs.isEmpty() && temperatures[curIndex] > temperatures[indexs.peek()]) {
            int preIndex = indexs.pop();
            dist[preIndex] = curIndex - preIndex;
        }
        indexs.add(curIndex);
    }
    return dist;
C
CyC2018 已提交
5637 5638 5639
}
```

C
CyC2018 已提交
5640
**循环数组中比当前元素大的下一个元素** 
C
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5641

C
CyC2018 已提交
5642
[503. Next Greater Element II (Medium)](https://leetcode.com/problems/next-greater-element-ii/description/)
C
CyC2018 已提交
5643

C
CyC2018 已提交
5644
```text
C
CyC2018 已提交
5645 5646 5647 5648 5649
Input: [1,2,1]
Output: [2,-1,2]
Explanation: The first 1's next greater number is 2;
The number 2 can't find next greater number;
The second 1's next greater number needs to search circularly, which is also 2.
C
CyC2018 已提交
5650 5651
```

C
CyC2018 已提交
5652
与 739. Daily Temperatures (Medium) 不同的是,数组是循环数组,并且最后要求的不是距离而是下一个元素。
C
CyC2018 已提交
5653

C
CyC2018 已提交
5654
```java
C
CyC2018 已提交
5655 5656 5657 5658 5659 5660 5661 5662 5663 5664 5665 5666 5667 5668 5669
public int[] nextGreaterElements(int[] nums) {
    int n = nums.length;
    int[] next = new int[n];
    Arrays.fill(next, -1);
    Stack<Integer> pre = new Stack<>();
    for (int i = 0; i < n * 2; i++) {
        int num = nums[i % n];
        while (!pre.isEmpty() && nums[pre.peek()] < num) {
            next[pre.pop()] = num;
        }
        if (i < n){
            pre.push(i);
        }
    }
    return next;
C
CyC2018 已提交
5670 5671 5672
}
```

C
CyC2018 已提交
5673
## 哈希表
C
CyC2018 已提交
5674

C
CyC2018 已提交
5675
哈希表使用 O(N) 空间复杂度存储数据,并且以 O(1) 时间复杂度求解问题。
C
CyC2018 已提交
5676

C
CyC2018 已提交
5677
- Java 中的  **HashSet**  用于存储一个集合,可以查找元素是否在集合中。如果元素有穷,并且范围不大,那么可以用一个布尔数组来存储一个元素是否存在。例如对于只有小写字符的元素,就可以用一个长度为 26 的布尔数组来存储一个字符集合,使得空间复杂度降低为 O(1)。
C
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5678

C
CyC2018 已提交
5679
- Java 中的  **HashMap**  主要用于映射关系,从而把两个元素联系起来。HashMap 也可以用来对元素进行计数统计,此时键为元素,值为计数。和 HashSet 类似,如果元素有穷并且范围不大,可以用整型数组来进行统计。在对一个内容进行压缩或者其它转换时,利用 HashMap 可以把原始内容和转换后的内容联系起来。例如在一个简化 url 的系统中 [Leetcdoe : 535. Encode and Decode TinyURL (Medium)](https://leetcode.com/problems/encode-and-decode-tinyurl/description/),利用 HashMap 就可以存储精简后的 url 到原始 url 的映射,使得不仅可以显示简化的 url,也可以根据简化的 url 得到原始 url 从而定位到正确的资源。
C
CyC2018 已提交
5680

C
CyC2018 已提交
5681

C
CyC2018 已提交
5682
**数组中两个数的和为给定值** 
C
CyC2018 已提交
5683

C
CyC2018 已提交
5684
[1. Two Sum (Easy)](https://leetcode.com/problems/two-sum/description/)
C
CyC2018 已提交
5685

C
CyC2018 已提交
5686
可以先对数组进行排序,然后使用双指针方法或者二分查找方法。这样做的时间复杂度为 O(NlogN),空间复杂度为 O(1)。
C
CyC2018 已提交
5687

C
CyC2018 已提交
5688
用 HashMap 存储数组元素和索引的映射,在访问到 nums[i] 时,判断 HashMap 中是否存在 target - nums[i],如果存在说明 target - nums[i] 所在的索引和 i 就是要找的两个数。该方法的时间复杂度为 O(N),空间复杂度为 O(N),使用空间来换取时间。
C
CyC2018 已提交
5689 5690

```java
C
CyC2018 已提交
5691 5692 5693 5694 5695 5696 5697 5698 5699 5700
public int[] twoSum(int[] nums, int target) {
    HashMap<Integer, Integer> indexForNum = new HashMap<>();
    for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        if (indexForNum.containsKey(target - nums[i])) {
            return new int[]{indexForNum.get(target - nums[i]), i};
        } else {
            indexForNum.put(nums[i], i);
        }
    }
    return null;
C
CyC2018 已提交
5701 5702 5703
}
```

C
CyC2018 已提交
5704
**判断数组是否含有重复元素** 
C
CyC2018 已提交
5705

C
CyC2018 已提交
5706
[217. Contains Duplicate (Easy)](https://leetcode.com/problems/contains-duplicate/description/)
C
CyC2018 已提交
5707 5708

```java
C
CyC2018 已提交
5709 5710 5711 5712 5713 5714
public boolean containsDuplicate(int[] nums) {
    Set<Integer> set = new HashSet<>();
    for (int num : nums) {
        set.add(num);
    }
    return set.size() < nums.length;
C
CyC2018 已提交
5715 5716 5717
}
```

C
CyC2018 已提交
5718
**最长和谐序列** 
C
CyC2018 已提交
5719

C
CyC2018 已提交
5720
[594. Longest Harmonious Subsequence (Easy)](https://leetcode.com/problems/longest-harmonious-subsequence/description/)
C
CyC2018 已提交
5721 5722

```html
C
CyC2018 已提交
5723 5724 5725
Input: [1,3,2,2,5,2,3,7]
Output: 5
Explanation: The longest harmonious subsequence is [3,2,2,2,3].
C
CyC2018 已提交
5726 5727
```

C
CyC2018 已提交
5728
和谐序列中最大数和最小数之差正好为 1,应该注意的是序列的元素不一定是数组的连续元素。
C
CyC2018 已提交
5729 5730

```java
C
CyC2018 已提交
5731 5732 5733 5734 5735 5736 5737 5738 5739 5740 5741 5742
public int findLHS(int[] nums) {
    Map<Integer, Integer> countForNum = new HashMap<>();
    for (int num : nums) {
        countForNum.put(num, countForNum.getOrDefault(num, 0) + 1);
    }
    int longest = 0;
    for (int num : countForNum.keySet()) {
        if (countForNum.containsKey(num + 1)) {
            longest = Math.max(longest, countForNum.get(num + 1) + countForNum.get(num));
        }
    }
    return longest;
C
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5743 5744 5745
}
```

C
CyC2018 已提交
5746
**最长连续序列** 
C
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5747

C
CyC2018 已提交
5748
[128. Longest Consecutive Sequence (Hard)](https://leetcode.com/problems/longest-consecutive-sequence/description/)
C
CyC2018 已提交
5749

C
CyC2018 已提交
5750
```html
C
CyC2018 已提交
5751 5752
Given [100, 4, 200, 1, 3, 2],
The longest consecutive elements sequence is [1, 2, 3, 4]. Return its length: 4.
C
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5753
```
C
CyC2018 已提交
5754

C
CyC2018 已提交
5755
要求以 O(N) 的时间复杂度求解。
C
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5756 5757

```java
C
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5758 5759 5760 5761 5762 5763 5764 5765 5766
public int longestConsecutive(int[] nums) {
    Map<Integer, Integer> countForNum = new HashMap<>();
    for (int num : nums) {
        countForNum.put(num, 1);
    }
    for (int num : nums) {
        forward(countForNum, num);
    }
    return maxCount(countForNum);
C
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5767 5768
}

C
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5769 5770 5771 5772 5773 5774 5775 5776 5777 5778 5779
private int forward(Map<Integer, Integer> countForNum, int num) {
    if (!countForNum.containsKey(num)) {
        return 0;
    }
    int cnt = countForNum.get(num);
    if (cnt > 1) {
        return cnt;
    }
    cnt = forward(countForNum, num + 1) + 1;
    countForNum.put(num, cnt);
    return cnt;
C
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5780 5781
}

C
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5782 5783 5784 5785 5786 5787
private int maxCount(Map<Integer, Integer> countForNum) {
    int max = 0;
    for (int num : countForNum.keySet()) {
        max = Math.max(max, countForNum.get(num));
    }
    return max;
C
CyC2018 已提交
5788 5789 5790
}
```

C
CyC2018 已提交
5791
## 字符串
C
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5792

C
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5793
**字符串循环移位包含** 
C
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5794

C
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5795
[编程之美 3.1](#)
C
CyC2018 已提交
5796 5797

```html
C
CyC2018 已提交
5798 5799
s1 = AABCD, s2 = CDAA
Return : true
C
CyC2018 已提交
5800
```
C
CyC2018 已提交
5801

C
CyC2018 已提交
5802
给定两个字符串 s1 和 s2,要求判定 s2 是否能够被 s1 做循环移位得到的字符串包含。
C
CyC2018 已提交
5803

C
CyC2018 已提交
5804
s1 进行循环移位的结果是 s1s1 的子字符串,因此只要判断 s2 是否是 s1s1 的子字符串即可。
C
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5805

C
CyC2018 已提交
5806
**字符串循环移位** 
C
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5807

C
CyC2018 已提交
5808
[编程之美 2.17](#)
C
CyC2018 已提交
5809 5810

```html
C
CyC2018 已提交
5811 5812
s = "abcd123" k = 3
Return "123abcd"
C
CyC2018 已提交
5813 5814
```

C
CyC2018 已提交
5815
将字符串向右循环移动 k 位。
C
CyC2018 已提交
5816

C
CyC2018 已提交
5817
将 abcd123 中的 abcd 和 123 单独翻转,得到 dcba321,然后对整个字符串进行翻转,得到 123abcd。
C
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5818

C
CyC2018 已提交
5819
**字符串中单词的翻转** 
C
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5820

C
CyC2018 已提交
5821
[程序员代码面试指南](#)
C
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5822

C
CyC2018 已提交
5823
```html
C
CyC2018 已提交
5824 5825
s = "I am a student"
Return "student a am I"
C
CyC2018 已提交
5826 5827
```

C
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5828
将每个单词翻转,然后将整个字符串翻转。
C
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5829

C
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5830
**两个字符串包含的字符是否完全相同** 
C
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5831

C
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5832
[242. Valid Anagram (Easy)](https://leetcode.com/problems/valid-anagram/description/)
C
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5833 5834

```html
C
CyC2018 已提交
5835 5836
s = "anagram", t = "nagaram", return true.
s = "rat", t = "car", return false.
C
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5837 5838
```

C
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5839
可以用 HashMap 来映射字符与出现次数,然后比较两个字符串出现的字符数量是否相同。
C
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5840

C
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5841
由于本题的字符串只包含 26 个小写字符,因此可以使用长度为 26 的整型数组对字符串出现的字符进行统计,不再使用 HashMap。
C
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5842 5843

```java
C
CyC2018 已提交
5844 5845 5846 5847 5848 5849 5850 5851 5852 5853 5854 5855 5856 5857
public boolean isAnagram(String s, String t) {
    int[] cnts = new int[26];
    for (char c : s.toCharArray()) {
        cnts[c - 'a']++;
    }
    for (char c : t.toCharArray()) {
        cnts[c - 'a']--;
    }
    for (int cnt : cnts) {
        if (cnt != 0) {
            return false;
        }
    }
    return true;
C
CyC2018 已提交
5858 5859 5860
}
```

C
CyC2018 已提交
5861
**计算一组字符集合可以组成的回文字符串的最大长度** 
C
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5862

C
CyC2018 已提交
5863
[409. Longest Palindrome (Easy)](https://leetcode.com/problems/longest-palindrome/description/)
C
CyC2018 已提交
5864 5865

```html
C
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5866 5867 5868
Input : "abccccdd"
Output : 7
Explanation : One longest palindrome that can be built is "dccaccd", whose length is 7.
C
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5869 5870
```

C
CyC2018 已提交
5871
使用长度为 256 的整型数组来统计每个字符出现的个数,每个字符有偶数个可以用来构成回文字符串。
C
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5872 5873

因为回文字符串最中间的那个字符可以单独出现,所以如果有单独的字符就把它放到最中间。
C
CyC2018 已提交
5874 5875

```java
C
CyC2018 已提交
5876 5877 5878 5879 5880 5881 5882 5883 5884 5885 5886 5887 5888
public int longestPalindrome(String s) {
    int[] cnts = new int[256];
    for (char c : s.toCharArray()) {
        cnts[c]++;
    }
    int palindrome = 0;
    for (int cnt : cnts) {
        palindrome += (cnt / 2) * 2;
    }
    if (palindrome < s.length()) {
        palindrome++;   // 这个条件下 s 中一定有单个未使用的字符存在,可以把这个字符放到回文的最中间
    }
    return palindrome;
C
CyC2018 已提交
5889 5890 5891
}
```

C
CyC2018 已提交
5892
**字符串同构** 
C
CyC2018 已提交
5893

C
CyC2018 已提交
5894
[205. Isomorphic Strings (Easy)](https://leetcode.com/problems/isomorphic-strings/description/)
C
CyC2018 已提交
5895

C
CyC2018 已提交
5896
```html
C
CyC2018 已提交
5897 5898 5899
Given "egg", "add", return true.
Given "foo", "bar", return false.
Given "paper", "title", return true.
C
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5900 5901
```

C
CyC2018 已提交
5902
记录一个字符上次出现的位置,如果两个字符串中的字符上次出现的位置一样,那么就属于同构。
C
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5903 5904

```java
C
CyC2018 已提交
5905 5906 5907 5908 5909 5910 5911 5912 5913 5914 5915 5916
public boolean isIsomorphic(String s, String t) {
    int[] preIndexOfS = new int[256];
    int[] preIndexOfT = new int[256];
    for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
        char sc = s.charAt(i), tc = t.charAt(i);
        if (preIndexOfS[sc] != preIndexOfT[tc]) {
            return false;
        }
        preIndexOfS[sc] = i + 1;
        preIndexOfT[tc] = i + 1;
    }
    return true;
C
CyC2018 已提交
5917 5918 5919
}
```

C
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5920
**回文子字符串个数** 
C
CyC2018 已提交
5921

C
CyC2018 已提交
5922
[647. Palindromic Substrings (Medium)](https://leetcode.com/problems/palindromic-substrings/description/)
C
CyC2018 已提交
5923

C
CyC2018 已提交
5924
```html
C
CyC2018 已提交
5925 5926 5927
Input: "aaa"
Output: 6
Explanation: Six palindromic strings: "a", "a", "a", "aa", "aa", "aaa".
C
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5928
```
C
CyC2018 已提交
5929

C
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5930
从字符串的某一位开始,尝试着去扩展子字符串。
C
CyC2018 已提交
5931

C
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5932
```java
C
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5933
private int cnt = 0;
C
CyC2018 已提交
5934

C
CyC2018 已提交
5935 5936 5937 5938 5939 5940
public int countSubstrings(String s) {
    for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
        extendSubstrings(s, i, i);     // 奇数长度
        extendSubstrings(s, i, i + 1); // 偶数长度
    }
    return cnt;
C
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5941
}
C
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5942

C
CyC2018 已提交
5943 5944 5945 5946 5947 5948
private void extendSubstrings(String s, int start, int end) {
    while (start >= 0 && end < s.length() && s.charAt(start) == s.charAt(end)) {
        start--;
        end++;
        cnt++;
    }
C
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5949 5950
}
```
C
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5951

C
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5952
**判断一个整数是否是回文数** 
C
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5953

C
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5954
[9. Palindrome Number (Easy)](https://leetcode.com/problems/palindrome-number/description/)
C
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5955

C
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5956
要求不能使用额外空间,也就不能将整数转换为字符串进行判断。
C
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5957

C
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5958
将整数分成左右两部分,右边那部分需要转置,然后判断这两部分是否相等。
C
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5959 5960

```java
C
CyC2018 已提交
5961 5962 5963 5964 5965 5966 5967 5968 5969 5970 5971 5972 5973
public boolean isPalindrome(int x) {
    if (x == 0) {
        return true;
    }
    if (x < 0 || x % 10 == 0) {
        return false;
    }
    int right = 0;
    while (x > right) {
        right = right * 10 + x % 10;
        x /= 10;
    }
    return x == right || x == right / 10;
C
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5974 5975 5976
}
```

C
CyC2018 已提交
5977
**统计二进制字符串中连续 1 和连续 0 数量相同的子字符串个数** 
C
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5978

C
CyC2018 已提交
5979
[696. Count Binary Substrings (Easy)](https://leetcode.com/problems/count-binary-substrings/description/)
C
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5980

C
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5981
```html
C
CyC2018 已提交
5982 5983 5984
Input: "00110011"
Output: 6
Explanation: There are 6 substrings that have equal number of consecutive 1's and 0's: "0011", "01", "1100", "10", "0011", and "01".
C
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5985
```
C
CyC2018 已提交
5986 5987

```java
C
CyC2018 已提交
5988 5989 5990 5991 5992 5993 5994 5995 5996
public int countBinarySubstrings(String s) {
    int preLen = 0, curLen = 1, count = 0;
    for (int i = 1; i < s.length(); i++) {
        if (s.charAt(i) == s.charAt(i - 1)) {
            curLen++;
        } else {
            preLen = curLen;
            curLen = 1;
        }
C
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5997

C
CyC2018 已提交
5998 5999 6000 6001 6002
        if (preLen >= curLen) {
            count++;
        }
    }
    return count;
C
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6003 6004 6005
}
```

C
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6006
## 数组与矩阵
C
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6007

C
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6008
**把数组中的 0 移到末尾** 
C
CyC2018 已提交
6009

C
CyC2018 已提交
6010
[283. Move Zeroes (Easy)](https://leetcode.com/problems/move-zeroes/description/)
C
CyC2018 已提交
6011 6012

```html
C
CyC2018 已提交
6013
For example, given nums = [0, 1, 0, 3, 12], after calling your function, nums should be [1, 3, 12, 0, 0].
C
CyC2018 已提交
6014 6015 6016
```

```java
C
CyC2018 已提交
6017 6018 6019 6020 6021 6022 6023 6024 6025 6026
public void moveZeroes(int[] nums) {
    int idx = 0;
    for (int num : nums) {
        if (num != 0) {
            nums[idx++] = num;
        }
    }
    while (idx < nums.length) {
        nums[idx++] = 0;
    }
C
CyC2018 已提交
6027 6028 6029
}
```

C
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6030
**改变矩阵维度** 
C
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6031

C
CyC2018 已提交
6032
[566. Reshape the Matrix (Easy)](https://leetcode.com/problems/reshape-the-matrix/description/)
C
CyC2018 已提交
6033 6034

```html
C
CyC2018 已提交
6035
Input:
C
CyC2018 已提交
6036
nums =
C
CyC2018 已提交
6037
[[1,2],
C
CyC2018 已提交
6038 6039
 [3,4]]
r = 1, c = 4
C
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6040

C
CyC2018 已提交
6041 6042
Output:
[[1,2,3,4]]
C
CyC2018 已提交
6043

C
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6044
Explanation:
C
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6045
The row-traversing of nums is [1,2,3,4]. The new reshaped matrix is a 1 * 4 matrix, fill it row by row by using the previous list.
C
CyC2018 已提交
6046 6047 6048
```

```java
C
CyC2018 已提交
6049 6050 6051 6052 6053 6054 6055 6056 6057 6058 6059 6060 6061 6062
public int[][] matrixReshape(int[][] nums, int r, int c) {
    int m = nums.length, n = nums[0].length;
    if (m * n != r * c) {
        return nums;
    }
    int[][] reshapedNums = new int[r][c];
    int index = 0;
    for (int i = 0; i < r; i++) {
        for (int j = 0; j < c; j++) {
            reshapedNums[i][j] = nums[index / n][index % n];
            index++;
        }
    }
    return reshapedNums;
C
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6063
}
C
CyC2018 已提交
6064
```
C
CyC2018 已提交
6065

C
CyC2018 已提交
6066
**找出数组中最长的连续 1** 
C
CyC2018 已提交
6067

C
CyC2018 已提交
6068
[485. Max Consecutive Ones (Easy)](https://leetcode.com/problems/max-consecutive-ones/description/)
C
CyC2018 已提交
6069 6070

```java
C
CyC2018 已提交
6071 6072 6073 6074 6075 6076 6077
public int findMaxConsecutiveOnes(int[] nums) {
    int max = 0, cur = 0;
    for (int x : nums) {
        cur = x == 0 ? 0 : cur + 1;
        max = Math.max(max, cur);
    }
    return max;
C
CyC2018 已提交
6078 6079 6080
}
```

C
CyC2018 已提交
6081
**有序矩阵查找** 
C
CyC2018 已提交
6082

C
CyC2018 已提交
6083
[240. Search a 2D Matrix II (Medium)](https://leetcode.com/problems/search-a-2d-matrix-ii/description/)
C
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6084 6085

```html
C
CyC2018 已提交
6086
[
C
CyC2018 已提交
6087 6088 6089
   [ 1,  5,  9],
   [10, 11, 13],
   [12, 13, 15]
C
CyC2018 已提交
6090
]
C
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6091 6092 6093
```

```java
C
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6094 6095 6096 6097 6098 6099 6100 6101 6102 6103
public boolean searchMatrix(int[][] matrix, int target) {
    if (matrix == null || matrix.length == 0 || matrix[0].length == 0) return false;
    int m = matrix.length, n = matrix[0].length;
    int row = 0, col = n - 1;
    while (row < m && col >= 0) {
        if (target == matrix[row][col]) return true;
        else if (target < matrix[row][col]) col--;
        else row++;
    }
    return false;
C
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6104 6105 6106
}
```

C
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6107
**有序矩阵的 Kth Element** 
C
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6108

C
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6109
[378. Kth Smallest Element in a Sorted Matrix ((Medium))](https://leetcode.com/problems/kth-smallest-element-in-a-sorted-matrix/description/)
C
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6110

C
CyC2018 已提交
6111
```html
C
CyC2018 已提交
6112 6113 6114 6115
matrix = [
  [ 1,  5,  9],
  [10, 11, 13],
  [12, 13, 15]
C
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6116
],
C
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6117
k = 8,
C
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6118

C
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6119
return 13.
C
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6120 6121
```

C
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6122
解题参考:[Share my thoughts and Clean Java Code](https://leetcode.com/problems/kth-smallest-element-in-a-sorted-matrix/discuss/85173)
C
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6123

C
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6124
二分查找解法:
C
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6125

C
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6126
```java
C
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6127 6128 6129 6130 6131 6132 6133 6134 6135 6136 6137 6138 6139 6140 6141
public int kthSmallest(int[][] matrix, int k) {
    int m = matrix.length, n = matrix[0].length;
    int lo = matrix[0][0], hi = matrix[m - 1][n - 1];
    while (lo <= hi) {
        int mid = lo + (hi - lo) / 2;
        int cnt = 0;
        for (int i = 0; i < m; i++) {
            for (int j = 0; j < n && matrix[i][j] <= mid; j++) {
                cnt++;
            }
        }
        if (cnt < k) lo = mid + 1;
        else hi = mid - 1;
    }
    return lo;
C
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6142 6143 6144
}
```

C
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6145
堆解法:
C
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6146 6147

```java
C
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6148 6149 6150 6151 6152 6153 6154 6155 6156 6157
public int kthSmallest(int[][] matrix, int k) {
    int m = matrix.length, n = matrix[0].length;
    PriorityQueue<Tuple> pq = new PriorityQueue<Tuple>();
    for(int j = 0; j < n; j++) pq.offer(new Tuple(0, j, matrix[0][j]));
    for(int i = 0; i < k - 1; i++) { // 小根堆,去掉 k - 1 个堆顶元素,此时堆顶元素就是第 k 的数
        Tuple t = pq.poll();
        if(t.x == m - 1) continue;
        pq.offer(new Tuple(t.x + 1, t.y, matrix[t.x + 1][t.y]));
    }
    return pq.poll().val;
C
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6158 6159
}

C
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6160 6161 6162 6163 6164
class Tuple implements Comparable<Tuple> {
    int x, y, val;
    public Tuple(int x, int y, int val) {
        this.x = x; this.y = y; this.val = val;
    }
C
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6165

C
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6166 6167 6168 6169
    @Override
    public int compareTo(Tuple that) {
        return this.val - that.val;
    }
C
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6170 6171 6172
}
```

C
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6173
**一个数组元素在 [1, n] 之间,其中一个数被替换为另一个数,找出重复的数和丢失的数** 
C
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6174

C
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6175
[645. Set Mismatch (Easy)](https://leetcode.com/problems/set-mismatch/description/)
C
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6176 6177

```html
C
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6178 6179
Input: nums = [1,2,2,4]
Output: [2,3]
C
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6180
```
C
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6181

C
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6182
```html
C
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6183 6184
Input: nums = [1,2,2,4]
Output: [2,3]
C
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6185 6186
```

C
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6187
最直接的方法是先对数组进行排序,这种方法时间复杂度为 O(NlogN)。本题可以以 O(N) 的时间复杂度、O(1) 空间复杂度来求解。
C
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6188

C
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6189
主要思想是通过交换数组元素,使得数组上的元素在正确的位置上。
C
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6190 6191

```java
C
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6192 6193 6194 6195 6196 6197 6198 6199 6200 6201 6202 6203
public int[] findErrorNums(int[] nums) {
    for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        while (nums[i] != i + 1 && nums[nums[i] - 1] != nums[i]) {
            swap(nums, i, nums[i] - 1);
        }
    }
    for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        if (nums[i] != i + 1) {
            return new int[]{nums[i], i + 1};
        }
    }
    return null;
C
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6204 6205
}

C
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6206 6207 6208 6209
private void swap(int[] nums, int i, int j) {
    int tmp = nums[i];
    nums[i] = nums[j];
    nums[j] = tmp;
C
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6210 6211 6212
}
```

C
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6213
类似题目:
C
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6214

C
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6215 6216
- [448. Find All Numbers Disappeared in an Array (Easy)](https://leetcode.com/problems/find-all-numbers-disappeared-in-an-array/description/),寻找所有丢失的元素
- [442. Find All Duplicates in an Array (Medium)](https://leetcode.com/problems/find-all-duplicates-in-an-array/description/),寻找所有重复的元素。
C
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6217

C
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6218
**找出数组中重复的数,数组值在 [1, n] 之间** 
C
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6219

C
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6220
[287. Find the Duplicate Number (Medium)](https://leetcode.com/problems/find-the-duplicate-number/description/)
C
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6221

C
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6222
要求不能修改数组,也不能使用额外的空间。
C
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6223

C
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6224
二分查找解法:
C
CyC2018 已提交
6225 6226

```java
C
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6227 6228 6229 6230 6231 6232 6233 6234 6235 6236 6237 6238
public int findDuplicate(int[] nums) {
     int l = 1, h = nums.length - 1;
     while (l <= h) {
         int mid = l + (h - l) / 2;
         int cnt = 0;
         for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
             if (nums[i] <= mid) cnt++;
         }
         if (cnt > mid) h = mid - 1;
         else l = mid + 1;
     }
     return l;
C
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6239
}
C
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6240
```
C
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6241

C
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6242 6243 6244
双指针解法,类似于有环链表中找出环的入口:

```java
C
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6245 6246 6247 6248 6249 6250 6251 6252 6253 6254 6255 6256
public int findDuplicate(int[] nums) {
    int slow = nums[0], fast = nums[nums[0]];
    while (slow != fast) {
        slow = nums[slow];
        fast = nums[nums[fast]];
    }
    fast = 0;
    while (slow != fast) {
        slow = nums[slow];
        fast = nums[fast];
    }
    return slow;
C
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6257 6258 6259
}
```

C
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6260
**数组相邻差值的个数** 
C
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6261

C
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6262
[667. Beautiful Arrangement II (Medium)](https://leetcode.com/problems/beautiful-arrangement-ii/description/)
C
CyC2018 已提交
6263 6264

```html
C
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6265 6266 6267
Input: n = 3, k = 2
Output: [1, 3, 2]
Explanation: The [1, 3, 2] has three different positive integers ranging from 1 to 3, and the [2, 1] has exactly 2 distinct integers: 1 and 2.
C
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6268 6269
```

C
CyC2018 已提交
6270
题目描述:数组元素为 1\~n 的整数,要求构建数组,使得相邻元素的差值不相同的个数为 k。
C
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6271

C
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6272
让前 k+1 个元素构建出 k 个不相同的差值,序列为:1 k+1 2 k 3 k-1 ... k/2 k/2+1.
C
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6273

C
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6274
```java
C
CyC2018 已提交
6275 6276 6277 6278 6279 6280 6281 6282 6283 6284
public int[] constructArray(int n, int k) {
    int[] ret = new int[n];
    ret[0] = 1;
    for (int i = 1, interval = k; i <= k; i++, interval--) {
        ret[i] = i % 2 == 1 ? ret[i - 1] + interval : ret[i - 1] - interval;
    }
    for (int i = k + 1; i < n; i++) {
        ret[i] = i + 1;
    }
    return ret;
C
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6285 6286
}
```
C
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6287

C
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6288
**数组的度** 
C
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6289

C
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6290
[697. Degree of an Array (Easy)](https://leetcode.com/problems/degree-of-an-array/description/)
C
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6291

C
CyC2018 已提交
6292
```html
C
CyC2018 已提交
6293 6294
Input: [1,2,2,3,1,4,2]
Output: 6
C
CyC2018 已提交
6295
```
C
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6296

C
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6297
题目描述:数组的度定义为元素出现的最高频率,例如上面的数组度为 3。要求找到一个最小的子数组,这个子数组的度和原数组一样。
C
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6298 6299

```java
C
CyC2018 已提交
6300 6301 6302 6303 6304 6305 6306 6307 6308 6309 6310 6311 6312 6313 6314 6315 6316 6317 6318 6319 6320 6321 6322 6323
public int findShortestSubArray(int[] nums) {
    Map<Integer, Integer> numsCnt = new HashMap<>();
    Map<Integer, Integer> numsLastIndex = new HashMap<>();
    Map<Integer, Integer> numsFirstIndex = new HashMap<>();
    for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        int num = nums[i];
        numsCnt.put(num, numsCnt.getOrDefault(num, 0) + 1);
        numsLastIndex.put(num, i);
        if (!numsFirstIndex.containsKey(num)) {
            numsFirstIndex.put(num, i);
        }
    }
    int maxCnt = 0;
    for (int num : nums) {
        maxCnt = Math.max(maxCnt, numsCnt.get(num));
    }
    int ret = nums.length;
    for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        int num = nums[i];
        int cnt = numsCnt.get(num);
        if (cnt != maxCnt) continue;
        ret = Math.min(ret, numsLastIndex.get(num) - numsFirstIndex.get(num) + 1);
    }
    return ret;
C
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6324 6325
}
```
C
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6326

C
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6327
**对角元素相等的矩阵** 
C
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6328

C
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6329
[766. Toeplitz Matrix (Easy)](https://leetcode.com/problems/toeplitz-matrix/description/)
C
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6330

C
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6331 6332 6333 6334
```html
1234
5123
9512
C
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6335

C
CyC2018 已提交
6336
In the above grid, the diagonals are "[9]", "[5, 5]", "[1, 1, 1]", "[2, 2, 2]", "[3, 3]", "[4]", and in each diagonal all elements are the same, so the answer is True.
C
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6337
```
C
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6338

C
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6339
```java
C
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6340 6341 6342 6343 6344 6345 6346 6347 6348 6349 6350 6351
public boolean isToeplitzMatrix(int[][] matrix) {
    for (int i = 0; i < matrix[0].length; i++) {
        if (!check(matrix, matrix[0][i], 0, i)) {
            return false;
        }
    }
    for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
        if (!check(matrix, matrix[i][0], i, 0)) {
            return false;
        }
    }
    return true;
C
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6352
}
C
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6353

C
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6354 6355 6356 6357 6358 6359 6360 6361
private boolean check(int[][] matrix, int expectValue, int row, int col) {
    if (row >= matrix.length || col >= matrix[0].length) {
        return true;
    }
    if (matrix[row][col] != expectValue) {
        return false;
    }
    return check(matrix, expectValue, row + 1, col + 1);
C
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6362 6363 6364
}
```

C
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6365
**嵌套数组** 
C
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6366

C
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6367
[565. Array Nesting (Medium)](https://leetcode.com/problems/array-nesting/description/)
C
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6368 6369

```html
C
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6370 6371
Input: A = [5,4,0,3,1,6,2]
Output: 4
C
CyC2018 已提交
6372
Explanation:
C
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6373
A[0] = 5, A[1] = 4, A[2] = 0, A[3] = 3, A[4] = 1, A[5] = 6, A[6] = 2.
C
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6374

C
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6375 6376
One of the longest S[K]:
S[0] = {A[0], A[5], A[6], A[2]} = {5, 6, 2, 0}
C
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6377
```
C
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6378

C
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6379
题目描述:S[i] 表示一个集合,集合的第一个元素是 A[i],第二个元素是 A[A[i]],如此嵌套下去。求最大的 S[i]。
C
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6380

C
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6381
```java
C
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6382 6383 6384 6385 6386 6387 6388 6389 6390
public int arrayNesting(int[] nums) {
    int max = 0;
    for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        int cnt = 0;
        for (int j = i; nums[j] != -1; ) {
            cnt++;
            int t = nums[j];
            nums[j] = -1; // 标记该位置已经被访问
            j = t;
C
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6391

C
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6392 6393 6394 6395
        }
        max = Math.max(max, cnt);
    }
    return max;
C
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6396 6397
}
```
C
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6398

C
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6399
**分隔数组** 
C
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6400

C
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6401
[769. Max Chunks To Make Sorted (Medium)](https://leetcode.com/problems/max-chunks-to-make-sorted/description/)
C
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6402

C
CyC2018 已提交
6403
```html
C
CyC2018 已提交
6404 6405
Input: arr = [1,0,2,3,4]
Output: 4
C
CyC2018 已提交
6406
Explanation:
C
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6407 6408
We can split into two chunks, such as [1, 0], [2, 3, 4].
However, splitting into [1, 0], [2], [3], [4] is the highest number of chunks possible.
C
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6409
```
C
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6410

C
CyC2018 已提交
6411
题目描述:分隔数组,使得对每部分排序后数组就为有序。
C
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6412

C
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6413
```java
C
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6414 6415 6416 6417 6418 6419 6420 6421 6422
public int maxChunksToSorted(int[] arr) {
    if (arr == null) return 0;
    int ret = 0;
    int right = arr[0];
    for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
        right = Math.max(right, arr[i]);
        if (right == i) ret++;
    }
    return ret;
C
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6423 6424 6425
}
```

C
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6426
## 图
C
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6427

C
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6428
### 二分图
C
CyC2018 已提交
6429 6430 6431

如果可以用两种颜色对图中的节点进行着色,并且保证相邻的节点颜色不同,那么这个图就是二分图。

C
CyC2018 已提交
6432
**判断是否为二分图** 
C
CyC2018 已提交
6433

C
CyC2018 已提交
6434
[785. Is Graph Bipartite? (Medium)](https://leetcode.com/problems/is-graph-bipartite/description/)
C
CyC2018 已提交
6435 6436

```html
C
CyC2018 已提交
6437 6438
Input: [[1,3], [0,2], [1,3], [0,2]]
Output: true
C
CyC2018 已提交
6439
Explanation:
C
CyC2018 已提交
6440
The graph looks like this:
C
CyC2018 已提交
6441
0----1
C
CyC2018 已提交
6442 6443
|    |
|    |
C
CyC2018 已提交
6444
3----2
C
CyC2018 已提交
6445
We can divide the vertices into two groups: {0, 2} and {1, 3}.
C
CyC2018 已提交
6446 6447 6448
```

```html
C
CyC2018 已提交
6449 6450 6451
Example 2:
Input: [[1,2,3], [0,2], [0,1,3], [0,2]]
Output: false
C
CyC2018 已提交
6452
Explanation:
C
CyC2018 已提交
6453
The graph looks like this:
C
CyC2018 已提交
6454
0----1
C
CyC2018 已提交
6455 6456
| \  |
|  \ |
C
CyC2018 已提交
6457
3----2
C
CyC2018 已提交
6458
We cannot find a way to divide the set of nodes into two independent subsets.
C
CyC2018 已提交
6459 6460 6461
```

```java
C
CyC2018 已提交
6462 6463 6464 6465 6466 6467 6468 6469 6470
public boolean isBipartite(int[][] graph) {
    int[] colors = new int[graph.length];
    Arrays.fill(colors, -1);
    for (int i = 0; i < graph.length; i++) {  // 处理图不是连通的情况
        if (colors[i] == -1 && !isBipartite(i, 0, colors, graph)) {
            return false;
        }
    }
    return true;
C
CyC2018 已提交
6471 6472
}

C
CyC2018 已提交
6473 6474 6475 6476 6477 6478 6479 6480 6481 6482 6483
private boolean isBipartite(int curNode, int curColor, int[] colors, int[][] graph) {
    if (colors[curNode] != -1) {
        return colors[curNode] == curColor;
    }
    colors[curNode] = curColor;
    for (int nextNode : graph[curNode]) {
        if (!isBipartite(nextNode, 1 - curColor, colors, graph)) {
            return false;
        }
    }
    return true;
C
CyC2018 已提交
6484 6485 6486
}
```

C
CyC2018 已提交
6487
### 拓扑排序
C
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6488 6489 6490

常用于在具有先序关系的任务规划中。

C
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6491
**课程安排的合法性** 
C
CyC2018 已提交
6492

C
CyC2018 已提交
6493
[207. Course Schedule (Medium)](https://leetcode.com/problems/course-schedule/description/)
C
CyC2018 已提交
6494 6495

```html
C
CyC2018 已提交
6496 6497
2, [[1,0]]
return true
C
CyC2018 已提交
6498 6499 6500
```

```html
C
CyC2018 已提交
6501 6502
2, [[1,0],[0,1]]
return false
C
CyC2018 已提交
6503 6504 6505 6506 6507 6508 6509
```

题目描述:一个课程可能会先修课程,判断给定的先修课程规定是否合法。

本题不需要使用拓扑排序,只需要检测有向图是否存在环即可。

```java
C
CyC2018 已提交
6510 6511 6512 6513 6514 6515 6516 6517 6518 6519 6520 6521 6522 6523 6524 6525 6526 6527 6528 6529 6530 6531 6532 6533 6534 6535 6536 6537 6538 6539 6540 6541 6542 6543 6544 6545 6546 6547 6548 6549 6550 6551 6552 6553 6554 6555 6556 6557 6558 6559 6560 6561 6562 6563 6564 6565 6566 6567 6568 6569 6570 6571 6572 6573 6574 6575 6576 6577 6578 6579 6580 6581 6582 6583 6584 6585 6586 6587 6588 6589 6590 6591 6592 6593 6594 6595 6596 6597 6598 6599 6600 6601 6602 6603 6604 6605 6606 6607 6608
public boolean canFinish(int numCourses, int[][] prerequisites) {
    List<Integer>[] graphic = new List[numCourses];
    for (int i = 0; i < numCourses; i++) {
        graphic[i] = new ArrayList<>();
    }
    for (int[] pre : prerequisites) {
        graphic[pre[0]].add(pre[1]);
    }
    boolean[] globalMarked = new boolean[numCourses];
    boolean[] localMarked = new boolean[numCourses];
    for (int i = 0; i < numCourses; i++) {
        if (hasCycle(globalMarked, localMarked, graphic, i)) {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

private boolean hasCycle(boolean[] globalMarked, boolean[] localMarked,
                         List<Integer>[] graphic, int curNode) {

    if (localMarked[curNode]) {
        return true;
    }
    if (globalMarked[curNode]) {
        return false;
    }
    globalMarked[curNode] = true;
    localMarked[curNode] = true;
    for (int nextNode : graphic[curNode]) {
        if (hasCycle(globalMarked, localMarked, graphic, nextNode)) {
            return true;
        }
    }
    localMarked[curNode] = false;
    return false;
}
```

**课程安排的顺序** 

[210. Course Schedule II (Medium)](https://leetcode.com/problems/course-schedule-ii/description/)

```html
4, [[1,0],[2,0],[3,1],[3,2]]
There are a total of 4 courses to take. To take course 3 you should have finished both courses 1 and 2. Both courses 1 and 2 should be taken after you finished course 0. So one correct course order is [0,1,2,3]. Another correct ordering is[0,2,1,3].
```

使用 DFS 来实现拓扑排序,使用一个栈存储后序遍历结果,这个栈的逆序结果就是拓扑排序结果。

证明:对于任何先序关系:v->w,后序遍历结果可以保证 w 先进入栈中,因此栈的逆序结果中 v 会在 w 之前。

```java
public int[] findOrder(int numCourses, int[][] prerequisites) {
    List<Integer>[] graphic = new List[numCourses];
    for (int i = 0; i < numCourses; i++) {
        graphic[i] = new ArrayList<>();
    }
    for (int[] pre : prerequisites) {
        graphic[pre[0]].add(pre[1]);
    }
    Stack<Integer> postOrder = new Stack<>();
    boolean[] globalMarked = new boolean[numCourses];
    boolean[] localMarked = new boolean[numCourses];
    for (int i = 0; i < numCourses; i++) {
        if (hasCycle(globalMarked, localMarked, graphic, i, postOrder)) {
            return new int[0];
        }
    }
    int[] orders = new int[numCourses];
    for (int i = numCourses - 1; i >= 0; i--) {
        orders[i] = postOrder.pop();
    }
    return orders;
}

private boolean hasCycle(boolean[] globalMarked, boolean[] localMarked, List<Integer>[] graphic,
                         int curNode, Stack<Integer> postOrder) {

    if (localMarked[curNode]) {
        return true;
    }
    if (globalMarked[curNode]) {
        return false;
    }
    globalMarked[curNode] = true;
    localMarked[curNode] = true;
    for (int nextNode : graphic[curNode]) {
        if (hasCycle(globalMarked, localMarked, graphic, nextNode, postOrder)) {
            return true;
        }
    }
    localMarked[curNode] = false;
    postOrder.push(curNode);
    return false;
}
```

### 并查集
C
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6609 6610 6611

并查集可以动态地连通两个点,并且可以非常快速地判断两个点是否连通。

C
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6612
**冗余连接** 
C
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6613

C
CyC2018 已提交
6614
[684. Redundant Connection (Medium)](https://leetcode.com/problems/redundant-connection/description/)
C
CyC2018 已提交
6615 6616

```html
C
CyC2018 已提交
6617 6618 6619 6620 6621 6622
Input: [[1,2], [1,3], [2,3]]
Output: [2,3]
Explanation: The given undirected graph will be like this:
  1
 / \
2 - 3
C
CyC2018 已提交
6623 6624 6625 6626 6627
```

题目描述:有一系列的边连成的图,找出一条边,移除它之后该图能够成为一棵树。

```java
C
CyC2018 已提交
6628 6629 6630 6631 6632 6633 6634 6635 6636 6637 6638
public int[] findRedundantConnection(int[][] edges) {
    int N = edges.length;
    UF uf = new UF(N);
    for (int[] e : edges) {
        int u = e[0], v = e[1];
        if (uf.connect(u, v)) {
            return e;
        }
        uf.union(u, v);
    }
    return new int[]{-1, -1};
C
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6639 6640
}

C
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6641
private class UF {
C
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6642

C
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6643
    private int[] id;
C
CyC2018 已提交
6644

C
CyC2018 已提交
6645 6646 6647 6648 6649 6650
    UF(int N) {
        id = new int[N + 1];
        for (int i = 0; i < id.length; i++) {
            id[i] = i;
        }
    }
C
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6651

C
CyC2018 已提交
6652 6653 6654 6655 6656 6657 6658 6659 6660 6661 6662 6663
    void union(int u, int v) {
        int uID = find(u);
        int vID = find(v);
        if (uID == vID) {
            return;
        }
        for (int i = 0; i < id.length; i++) {
            if (id[i] == uID) {
                id[i] = vID;
            }
        }
    }
C
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6664

C
CyC2018 已提交
6665 6666 6667
    int find(int p) {
        return id[p];
    }
C
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6668

C
CyC2018 已提交
6669 6670 6671
    boolean connect(int u, int v) {
        return find(u) == find(v);
    }
C
CyC2018 已提交
6672 6673 6674
}
```

C
CyC2018 已提交
6675
## 位运算
C
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6676

C
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6677
**1. 基本原理** 
C
CyC2018 已提交
6678

C
CyC2018 已提交
6679
0s 表示一串 0,1s 表示一串 1。
C
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6680 6681

```
C
CyC2018 已提交
6682 6683 6684
x ^ 0s = x      x & 0s = 0      x | 0s = x
x ^ 1s = ~x     x & 1s = x      x | 1s = 1s
x ^ x = 0       x & x = x       x | x = x
C
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6685 6686
```

C
CyC2018 已提交
6687 6688 6689
- 利用 x ^ 1s = \~x 的特点,可以将位级表示翻转;利用 x ^ x = 0 的特点,可以将三个数中重复的两个数去除,只留下另一个数。
- 利用 x & 0s = 0 和 x & 1s = x 的特点,可以实现掩码操作。一个数 num 与 mask:00111100 进行位与操作,只保留 num 中与 mask 的 1 部分相对应的位。
- 利用 x | 0s = x 和 x | 1s = 1s 的特点,可以实现设值操作。一个数 num 与 mask:00111100 进行位或操作,将 num 中与 mask 的 1 部分相对应的位都设置为 1。
C
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6690

C
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6691
位与运算技巧:
C
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6692

C
CyC2018 已提交
6693 6694 6695
- n&(n-1) 去除 n 的位级表示中最低的那一位。例如对于二进制表示 10110 **100** ,减去 1 得到 10110**011**,这两个数相与得到 10110**000**
- n&(-n) 得到 n 的位级表示中最低的那一位。-n 得到 n 的反码加 1,对于二进制表示 10110 **100** ,-n 得到 01001**100**,相与得到 00000**100**
- n-n&(\~n+1) 去除 n 的位级表示中最高的那一位。
C
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6696

C
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6697
移位运算:
C
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6698

C
CyC2018 已提交
6699 6700 6701
- \>\> n 为算术右移,相当于除以 2<sup>n</sup>
- \>\>\> n 为无符号右移,左边会补上 0。
- &lt;&lt; n 为算术左移,相当于乘以 2<sup>n</sup>
C
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6702

C
CyC2018 已提交
6703
**2. mask 计算** 
C
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6704

C
CyC2018 已提交
6705
要获取 111111111,将 0 取反即可,\~0。
C
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6706

C
CyC2018 已提交
6707
要得到只有第 i 位为 1 的 mask,将 1 向左移动 i-1 位即可,1&lt;&lt;(i-1) 。例如 1&lt;&lt;4 得到只有第 5 位为 1 的 mask :00010000。
C
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6708

C
CyC2018 已提交
6709
要得到 1 到 i 位为 1 的 mask,1&lt;&lt;(i+1)-1 即可,例如将 1&lt;&lt;(4+1)-1 = 00010000-1 = 00001111。
C
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6710

C
CyC2018 已提交
6711
要得到 1 到 i 位为 0 的 mask,只需将 1 到 i 位为 1 的 mask 取反,即 \~(1&lt;&lt;(i+1)-1)。
C
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6712

C
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6713
**3. Java 中的位操作** 
C
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6714 6715

```html
C
CyC2018 已提交
6716 6717 6718
static int Integer.bitCount();           // 统计 1 的数量
static int Integer.highestOneBit();      // 获得最高位
static String toBinaryString(int i);     // 转换为二进制表示的字符串
C
CyC2018 已提交
6719 6720
```

C
CyC2018 已提交
6721
**统计两个数的二进制表示有多少位不同** 
C
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6722

C
CyC2018 已提交
6723
[461. Hamming Distance (Easy)](https://leetcode.com/problems/hamming-distance/)
C
CyC2018 已提交
6724

C
CyC2018 已提交
6725
```html
C
CyC2018 已提交
6726
Input: x = 1, y = 4
C
CyC2018 已提交
6727

C
CyC2018 已提交
6728
Output: 2
C
CyC2018 已提交
6729 6730

Explanation:
C
CyC2018 已提交
6731 6732 6733
1   (0 0 0 1)
4   (0 1 0 0)
       ↑   ↑
C
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6734

C
CyC2018 已提交
6735
The above arrows point to positions where the corresponding bits are different.
C
CyC2018 已提交
6736 6737
```

C
CyC2018 已提交
6738
对两个数进行异或操作,位级表示不同的那一位为 1,统计有多少个 1 即可。
C
CyC2018 已提交
6739 6740

```java
C
CyC2018 已提交
6741 6742 6743 6744 6745 6746 6747 6748
public int hammingDistance(int x, int y) {
    int z = x ^ y;
    int cnt = 0;
    while(z != 0) {
        if ((z & 1) == 1) cnt++;
        z = z >> 1;
    }
    return cnt;
C
CyC2018 已提交
6749 6750 6751
}
```

C
CyC2018 已提交
6752
使用 z&(z-1) 去除 z 位级表示最低的那一位。
C
CyC2018 已提交
6753 6754

```java
C
CyC2018 已提交
6755 6756 6757 6758 6759 6760 6761 6762
public int hammingDistance(int x, int y) {
    int z = x ^ y;
    int cnt = 0;
    while (z != 0) {
        z &= (z - 1);
        cnt++;
    }
    return cnt;
C
CyC2018 已提交
6763 6764 6765
}
```

C
CyC2018 已提交
6766
可以使用 Integer.bitcount() 来统计 1 个的个数。
C
CyC2018 已提交
6767 6768

```java
C
CyC2018 已提交
6769 6770
public int hammingDistance(int x, int y) {
    return Integer.bitCount(x ^ y);
C
CyC2018 已提交
6771 6772 6773
}
```

C
CyC2018 已提交
6774
**数组中唯一一个不重复的元素** 
C
CyC2018 已提交
6775

C
CyC2018 已提交
6776
[136. Single Number (Easy)](https://leetcode.com/problems/single-number/description/)
C
CyC2018 已提交
6777 6778

```html
C
CyC2018 已提交
6779 6780
Input: [4,1,2,1,2]
Output: 4
C
CyC2018 已提交
6781 6782
```

C
CyC2018 已提交
6783
两个相同的数异或的结果为 0,对所有数进行异或操作,最后的结果就是单独出现的那个数。
C
CyC2018 已提交
6784 6785

```java
C
CyC2018 已提交
6786 6787 6788 6789
public int singleNumber(int[] nums) {
    int ret = 0;
    for (int n : nums) ret = ret ^ n;
    return ret;
C
CyC2018 已提交
6790 6791 6792
}
```

C
CyC2018 已提交
6793
**找出数组中缺失的那个数** 
C
CyC2018 已提交
6794

C
CyC2018 已提交
6795
[268. Missing Number (Easy)](https://leetcode.com/problems/missing-number/description/)
C
CyC2018 已提交
6796 6797

```html
C
CyC2018 已提交
6798 6799
Input: [3,0,1]
Output: 2
C
CyC2018 已提交
6800 6801
```

C
CyC2018 已提交
6802
题目描述:数组元素在 0-n 之间,但是有一个数是缺失的,要求找到这个缺失的数。
C
CyC2018 已提交
6803 6804

```java
C
CyC2018 已提交
6805 6806 6807 6808 6809 6810
public int missingNumber(int[] nums) {
    int ret = 0;
    for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        ret = ret ^ i ^ nums[i];
    }
    return ret ^ nums.length;
C
CyC2018 已提交
6811 6812 6813
}
```

C
CyC2018 已提交
6814
**数组中不重复的两个元素** 
C
CyC2018 已提交
6815

C
CyC2018 已提交
6816
[260. Single Number III (Medium)](https://leetcode.com/problems/single-number-iii/description/)
C
CyC2018 已提交
6817 6818 6819 6820 6821

两个不相等的元素在位级表示上必定会有一位存在不同。

将数组的所有元素异或得到的结果为不存在重复的两个元素异或的结果。

C
CyC2018 已提交
6822
diff &= -diff 得到出 diff 最右侧不为 0 的位,也就是不存在重复的两个元素在位级表示上最右侧不同的那一位,利用这一位就可以将两个元素区分开来。
C
CyC2018 已提交
6823 6824

```java
C
CyC2018 已提交
6825 6826 6827 6828 6829 6830 6831 6832 6833 6834
public int[] singleNumber(int[] nums) {
    int diff = 0;
    for (int num : nums) diff ^= num;
    diff &= -diff;  // 得到最右一位
    int[] ret = new int[2];
    for (int num : nums) {
        if ((num & diff) == 0) ret[0] ^= num;
        else ret[1] ^= num;
    }
    return ret;
C
CyC2018 已提交
6835 6836 6837
}
```

C
CyC2018 已提交
6838
**翻转一个数的比特位** 
C
CyC2018 已提交
6839

C
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6840
[190. Reverse Bits (Easy)](https://leetcode.com/problems/reverse-bits/description/)
C
CyC2018 已提交
6841 6842

```java
C
CyC2018 已提交
6843 6844 6845 6846 6847 6848 6849 6850
public int reverseBits(int n) {
    int ret = 0;
    for (int i = 0; i < 32; i++) {
        ret <<= 1;
        ret |= (n & 1);
        n >>>= 1;
    }
    return ret;
C
CyC2018 已提交
6851 6852 6853
}
```

C
CyC2018 已提交
6854
如果该函数需要被调用很多次,可以将 int 拆成 4 个 byte,然后缓存 byte 对应的比特位翻转,最后再拼接起来。
C
CyC2018 已提交
6855 6856

```java
C
CyC2018 已提交
6857
private static Map<Byte, Integer> cache = new HashMap<>();
C
CyC2018 已提交
6858

C
CyC2018 已提交
6859 6860 6861 6862 6863 6864 6865 6866
public int reverseBits(int n) {
    int ret = 0;
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        ret <<= 8;
        ret |= reverseByte((byte) (n & 0b11111111));
        n >>= 8;
    }
    return ret;
C
CyC2018 已提交
6867 6868
}

C
CyC2018 已提交
6869 6870 6871 6872 6873 6874 6875 6876 6877 6878 6879
private int reverseByte(byte b) {
    if (cache.containsKey(b)) return cache.get(b);
    int ret = 0;
    byte t = b;
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        ret <<= 1;
        ret |= t & 1;
        t >>= 1;
    }
    cache.put(b, ret);
    return ret;
C
CyC2018 已提交
6880 6881 6882
}
```

C
CyC2018 已提交
6883
**不用额外变量交换两个整数** 
C
CyC2018 已提交
6884

C
CyC2018 已提交
6885
[程序员代码面试指南 :P317](#)
C
CyC2018 已提交
6886 6887

```java
C
CyC2018 已提交
6888 6889 6890
a = a ^ b;
b = a ^ b;
a = a ^ b;
C
CyC2018 已提交
6891 6892
```

C
CyC2018 已提交
6893
**判断一个数是不是 2 的 n 次方** 
C
CyC2018 已提交
6894

C
CyC2018 已提交
6895
[231. Power of Two (Easy)](https://leetcode.com/problems/power-of-two/description/)
C
CyC2018 已提交
6896

C
CyC2018 已提交
6897
二进制表示只有一个 1 存在。
C
CyC2018 已提交
6898 6899

```java
C
CyC2018 已提交
6900 6901
public boolean isPowerOfTwo(int n) {
    return n > 0 && Integer.bitCount(n) == 1;
C
CyC2018 已提交
6902 6903 6904
}
```

C
CyC2018 已提交
6905
利用 1000 & 0111 == 0 这种性质,得到以下解法:
C
CyC2018 已提交
6906 6907

```java
C
CyC2018 已提交
6908 6909
public boolean isPowerOfTwo(int n) {
    return n > 0 && (n & (n - 1)) == 0;
C
CyC2018 已提交
6910 6911 6912
}
```

C
CyC2018 已提交
6913
**判断一个数是不是 4 的 n 次方** 
C
CyC2018 已提交
6914

C
CyC2018 已提交
6915
[342. Power of Four (Easy)](https://leetcode.com/problems/power-of-four/)
C
CyC2018 已提交
6916

C
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6917
这种数在二进制表示中有且只有一个奇数位为 1,例如 16(10000)。
C
CyC2018 已提交
6918 6919

```java
C
CyC2018 已提交
6920 6921
public boolean isPowerOfFour(int num) {
    return num > 0 && (num & (num - 1)) == 0 && (num & 0b01010101010101010101010101010101) != 0;
C
CyC2018 已提交
6922 6923 6924
}
```

C
CyC2018 已提交
6925
也可以使用正则表达式进行匹配。
C
CyC2018 已提交
6926 6927

```java
C
CyC2018 已提交
6928 6929
public boolean isPowerOfFour(int num) {
    return Integer.toString(num, 4).matches("10*");
C
CyC2018 已提交
6930 6931 6932
}
```

C
CyC2018 已提交
6933
**判断一个数的位级表示是否不会出现连续的 0 和 1** 
C
CyC2018 已提交
6934

C
CyC2018 已提交
6935
[693. Binary Number with Alternating Bits (Easy)](https://leetcode.com/problems/binary-number-with-alternating-bits/description/)
C
CyC2018 已提交
6936

C
CyC2018 已提交
6937
```html
C
CyC2018 已提交
6938 6939
Input: 10
Output: True
C
CyC2018 已提交
6940
Explanation:
C
CyC2018 已提交
6941
The binary representation of 10 is: 1010.
C
CyC2018 已提交
6942

C
CyC2018 已提交
6943 6944
Input: 11
Output: False
C
CyC2018 已提交
6945
Explanation:
C
CyC2018 已提交
6946
The binary representation of 11 is: 1011.
C
CyC2018 已提交
6947 6948
```

C
CyC2018 已提交
6949
对于 1010 这种位级表示的数,把它向右移动 1 位得到 101,这两个数每个位都不同,因此异或得到的结果为 1111。
C
CyC2018 已提交
6950 6951

```java
C
CyC2018 已提交
6952 6953 6954
public boolean hasAlternatingBits(int n) {
    int a = (n ^ (n >> 1));
    return (a & (a + 1)) == 0;
C
CyC2018 已提交
6955 6956 6957
}
```

C
CyC2018 已提交
6958
**求一个数的补码** 
C
CyC2018 已提交
6959

C
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6960
[476. Number Complement (Easy)](https://leetcode.com/problems/number-complement/description/)
C
CyC2018 已提交
6961 6962

```html
C
CyC2018 已提交
6963 6964 6965
Input: 5
Output: 2
Explanation: The binary representation of 5 is 101 (no leading zero bits), and its complement is 010. So you need to output 2.
C
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6966 6967
```

C
CyC2018 已提交
6968
题目描述:不考虑二进制表示中的首 0 部分。
C
CyC2018 已提交
6969

C
CyC2018 已提交
6970
对于 00000101,要求补码可以将它与 00000111 进行异或操作。那么问题就转换为求掩码 00000111。
C
CyC2018 已提交
6971 6972

```java
C
CyC2018 已提交
6973 6974 6975 6976 6977 6978
public int findComplement(int num) {
    if (num == 0) return 1;
    int mask = 1 << 30;
    while ((num & mask) == 0) mask >>= 1;
    mask = (mask << 1) - 1;
    return num ^ mask;
C
CyC2018 已提交
6979 6980 6981
}
```

C
CyC2018 已提交
6982
可以利用 Java 的 Integer.highestOneBit() 方法来获得含有首 1 的数。
C
CyC2018 已提交
6983 6984

```java
C
CyC2018 已提交
6985 6986 6987 6988 6989
public int findComplement(int num) {
    if (num == 0) return 1;
    int mask = Integer.highestOneBit(num);
    mask = (mask << 1) - 1;
    return num ^ mask;
C
CyC2018 已提交
6990 6991 6992
}
```

C
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6993
对于 10000000 这样的数要扩展成 11111111,可以利用以下方法:
C
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6994 6995

```html
C
CyC2018 已提交
6996 6997 6998
mask |= mask >> 1    11000000
mask |= mask >> 2    11110000
mask |= mask >> 4    11111111
C
CyC2018 已提交
6999 7000 7001
```

```java
C
CyC2018 已提交
7002 7003 7004 7005 7006 7007 7008 7009
public int findComplement(int num) {
    int mask = num;
    mask |= mask >> 1;
    mask |= mask >> 2;
    mask |= mask >> 4;
    mask |= mask >> 8;
    mask |= mask >> 16;
    return (mask ^ num);
C
CyC2018 已提交
7010 7011 7012
}
```

C
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7013
**实现整数的加法** 
C
CyC2018 已提交
7014

C
CyC2018 已提交
7015
[371. Sum of Two Integers (Easy)](https://leetcode.com/problems/sum-of-two-integers/description/)
C
CyC2018 已提交
7016

C
CyC2018 已提交
7017
a ^ b 表示没有考虑进位的情况下两数的和,(a & b) << 1 就是进位。
C
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7018

C
CyC2018 已提交
7019
递归会终止的原因是 (a & b) << 1 最右边会多一个 0,那么继续递归,进位最右边的 0 会慢慢增多,最后进位会变为 0,递归终止。
C
CyC2018 已提交
7020 7021

```java
C
CyC2018 已提交
7022 7023
public int getSum(int a, int b) {
    return b == 0 ? a : getSum((a ^ b), (a & b) << 1);
C
CyC2018 已提交
7024 7025 7026
}
```

C
CyC2018 已提交
7027
**字符串数组最大乘积** 
C
CyC2018 已提交
7028

C
CyC2018 已提交
7029
[318. Maximum Product of Word Lengths (Medium)](https://leetcode.com/problems/maximum-product-of-word-lengths/description/)
C
CyC2018 已提交
7030 7031

```html
C
CyC2018 已提交
7032 7033 7034
Given ["abcw", "baz", "foo", "bar", "xtfn", "abcdef"]
Return 16
The two words can be "abcw", "xtfn".
C
CyC2018 已提交
7035 7036 7037 7038
```

题目描述:字符串数组的字符串只含有小写字符。求解字符串数组中两个字符串长度的最大乘积,要求这两个字符串不能含有相同字符。

C
CyC2018 已提交
7039
本题主要问题是判断两个字符串是否含相同字符,由于字符串只含有小写字符,总共 26 位,因此可以用一个 32 位的整数来存储每个字符是否出现过。
C
CyC2018 已提交
7040 7041

```java
C
CyC2018 已提交
7042 7043 7044 7045 7046 7047 7048 7049 7050 7051 7052 7053 7054 7055 7056 7057 7058
public int maxProduct(String[] words) {
    int n = words.length;
    int[] val = new int[n];
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (char c : words[i].toCharArray()) {
            val[i] |= 1 << (c - 'a');
        }
    }
    int ret = 0;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = i + 1; j < n; j++) {
            if ((val[i] & val[j]) == 0) {
                ret = Math.max(ret, words[i].length() * words[j].length());
            }
        }
    }
    return ret;
C
CyC2018 已提交
7059 7060 7061
}
```

C
CyC2018 已提交
7062
**统计从 0 \~ n 每个数的二进制表示中 1 的个数** 
C
CyC2018 已提交
7063

C
CyC2018 已提交
7064
[338. Counting Bits (Medium)](https://leetcode.com/problems/counting-bits/description/)
C
CyC2018 已提交
7065

C
CyC2018 已提交
7066
对于数字 6(110),它可以看成是 4(100) 再加一个 2(10),因此 dp[i] = dp[i&(i-1)] + 1;
C
CyC2018 已提交
7067 7068

```java
C
CyC2018 已提交
7069 7070 7071 7072 7073 7074
public int[] countBits(int num) {
    int[] ret = new int[num + 1];
    for(int i = 1; i <= num; i++){
        ret[i] = ret[i&(i-1)] + 1;
    }
    return ret;
C
CyC2018 已提交
7075 7076 7077
}
```

C
CyC2018 已提交
7078
# 参考资料
C
CyC2018 已提交
7079

C
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7080 7081 7082 7083 7084 7085
- [Leetcode](https://leetcode.com/problemset/algorithms/?status=Todo)
- Weiss M A, 冯舜玺. 数据结构与算法分析——C 语言描述[J]. 2004.
- Sedgewick R. Algorithms[M]. Pearson Education India, 1988.
- 何海涛, 软件工程师. 剑指 Offer: 名企面试官精讲典型编程题[M]. 电子工业出版社, 2014.
- 《编程之美》小组. 编程之美[M]. 电子工业出版社, 2008.
- 左程云. 程序员代码面试指南[M]. 电子工业出版社, 2015.