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数据结构

时间:2022-11-22 11:14:24浏览次数:31  
标签:set 节点 queue 哈希 数据结构 unordered

C++STL

1. Sequence Containers:维持顺序的容器。

(a). vector:动态数组,是我们最常使用的数据结构之一,用于 O(1) 的随机读取。因为大部分算法的时间复杂度都会大于 O(n),因此我们经常新建 vector 来存储各种数据或中间变量。因为在尾部增删的复杂度是 O(1),我们也可以把它当作 stack 来用。

(b). list:双向链表,也可以当作 stack 和 queue 来使用。由于 LeetCode 的题目多用 Node 来表示链表,且链表不支持快速随机读取,因此我们很少用到这个数据结构。一个例外是经典的 LRU 问题,我们需要利用链表的特性来解决,我们在后文会遇到这个问题。

(c). deque:双端队列,这是一个非常强大的数据结构,既支持 O(1) 随机读取,又支持 O(1) 时间的头部增删和尾部增删,不过有一定的额外开销。

(d). array:固定大小的数组,一般在刷题时我们不使用。

(e). forward_list:单向链表,一般在刷题时我们不使用。

2. Container Adaptors:基于其它容器实现的数据结构。

(a). stack:后入先出(LIFO)的数据结构,默认基于 deque 实现。stack 常用于深度优先搜索、一些字符串匹配问题以及单调栈问题。

(b). queue:先入先出(FIFO)的数据结构,默认基于 deque 实现。queue 常用于广度优先搜索。

(c). priority_queue:最大值先出的数据结构,默认基于vector实现堆结构。它可以在O(n log n) 的时间排序数组,O(log n) 的时间插入任意值,O(1) 的时间获得最大值,O(log n) 的时间删除最大值。priority_queue 常用于维护数据结构并快速获取最大或最小值。

3. Associative Containers:实现了排好序的数据结构。

(a). set:有序集合,元素不可重复,底层实现默认为红黑树,即一种特殊的二叉查找树(BST)。它可以在 O(n log n) 的时间排序数组,O(log n) 的时间插入、删除、查找任 意值,O(log n) 的时间获得最小或最大值。这里注意,set 和 priority_queue 都可以用于维护数据结构并快速获取最大最小值,但是它们的时间复杂度和功能略有区别,如 priority_queue 默认不支持删除任意值,而 set 获得最大或最小值的时间复杂度略高,具体使用哪个根据需求而定。

(b). multiset:支持重复元素的 set。 

(c). map:有序映射或有序表,在 set 的基础上加上映射关系,可以对每个元素 key 存一个值 value。

(d). multimap:支持重复元素的 map。

4. Unordered Associative Containers:对每个 Associative Containers 实现了哈希版本。

(a). unordered_set:哈希集合,可以在 O(1) 的时间快速插入、查找、删除元素,常用于快速的查询一个元素是否在这个容器内。

(b). unordered_multiset:支持重复元素的 unordered_set。

(c). unordered_map:哈希映射或哈希表,在 unordered_set 的基础上加上映射关系,可以对每一个元素 key 存一个值 value。在某些情况下,如果 key 的范围已知且较小,我们也可以用 vector 代替 unordered_map,用位置表示 key,用每个位置的值表示 value。

(d). unordered_multimap:支持重复元素的 unordered_map。 

数组

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 栈和队列

 

 

 

 优先队列

优先队列(priority queue)可以在 O(1) 时间内获得最大值,并且可以在 O(log n) 时间内取出最大值或插入任意值。 优先队列常常用堆(heap)来实现。堆是一个完全二叉树,其每个节点的值总是大于等于子节点的值。实际实现堆时,我们通常用一个数组而不是用指针建立一个树。这是因为堆是完全二叉树,所以用数组表示时,位置 i 的节点的父节点位置一定为 i/2,而它的两个子节点的位置又一定分别为 2i 和 2i+1。 以下是堆的实现方法,其中最核心的两个操作是上浮和下沉:如果一个节点比父节点大,那么需要交换这个两个节点;交换后还可能比它新的父节点大,因此需要不断地进行比较和交换操作,我们称之为上浮;类似地,如果一个节点比父节小,也需要不断地向下进行比较和交换操作,我们称之为下沉。如果一个节点有两个子节点,我们总是交换最大的子节点。

 

 

 

 

 

 

 

 

 双端队列

 

 

 

 

 

 哈希表

哈希表,又称散列表,使用 O(n) 空间复杂度存储数据,通过哈希函数映射位置,从而实现近似 O(1) 时间复杂度的插入、查找、删除等操作。 C++ 中的哈希集合为 unordered_set,可以查找元素是否在集合中。如果需要同时存储键和值,则需要用 unordered_map,可以用来统计频率,记录内容等等。如果元素有穷,并且范围不大,那么可以用一个固定大小的数组来存储或统计元素。例如我们需要统计一个字符串中所有字母的出现次数,则可以用一个长度为 26 的数组来进行统计,其哈希函数即为字母在字母表的位置,这样空间复杂度就可以降低为常数。

 

 

 

 

 

 前缀和与积分图

一维的前缀和,二维的积分图,都是把每个位置之前的一维线段或二维矩形预先存储,方便加速计算。如果需要对前缀和或积分图的值做寻址,则要存在哈希表里;如果要对每个位置记录前缀和或积分图的值,则可以储存到一维或二维数组里,也常常伴随着动态规划。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

标签:set,节点,queue,哈希,数据结构,unordered
From: https://www.cnblogs.com/LCAB/p/16903489.html

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