当前位置: 首页 > wzjs >正文

外贸建站及推广自己的电脑做服务区 网站

外贸建站及推广,自己的电脑做服务区 网站,网页设计师中级证书,个人网页在线制作Python高级算法与数据结构优化实战 在算法竞赛中,掌握高级优化技巧和数据结构实现可以显著提升解题效率和代码性能。本文深入探讨Python中常见算法问题的高效实现方法,通过实际比赛案例展示如何优化时间复杂度和空间复杂度。 一、前缀和与差分数组 前缀和与差分数组是算法…

Python高级算法与数据结构优化实战

在算法竞赛中,掌握高级优化技巧和数据结构实现可以显著提升解题效率和代码性能。本文深入探讨Python中常见算法问题的高效实现方法,通过实际比赛案例展示如何优化时间复杂度和空间复杂度。

一、前缀和与差分数组

前缀和与差分数组是算法竞赛中处理区间查询和修改的利器,能将时间复杂度从O(n)降至O(1)。

1.1 前缀和技术

基本实现:

def build_prefix_sum(nums):n = len(nums)prefix = [0] * (n + 1)for i in range(n):prefix[i + 1] = prefix[i] + nums[i]return prefixdef range_sum(prefix, left, right):# 返回nums[left]到nums[right-1]的和return prefix[right] - prefix[left]

实战应用: 矩阵区域和

题目: 计算二维矩阵中任意子矩阵的元素和。

def matrix_region_sum(matrix):if not matrix or not matrix[0]:return []m, n = len(matrix), len(matrix[0])# 构建二维前缀和prefix = [[0] * (n + 1) for _ in range(m + 1)]for i in range(m):for j in range(n):prefix[i + 1][j + 1] = prefix[i + 1][j] + prefix[i][j + 1] - prefix[i][j] + matrix[i][j]# 查询函数: 返回(row1,col1)到(row2,col2)矩形区域的和def query(row1, col1, row2, col2):return prefix[row2 + 1][col2 + 1] - prefix[row2 + 1][col1] - prefix[row1][col2 + 1] + prefix[row1][col1]return query# 示例
matrix = [[3, 0, 1, 4, 2],[5, 6, 3, 2, 1],[1, 2, 0, 1, 5],[4, 1, 0, 1, 7],[1, 0, 3, 0, 5]
]region_sum = matrix_region_sum(matrix)
print(region_sum(1, 1, 3, 3))  # 矩阵中(1,1)到(3,3)区域的和: 6+3+2+0+1

高级应用: 子数组和为k的个数

题目: 给定一个数组和整数k,求数组中和为k的连续子数组个数。

from collections import defaultdictdef subarray_sum_equals_k(nums, k):count = 0prefix_sum = 0# 前缀和出现次数的哈希表prefix_count = defaultdict(int)prefix_count[0] = 1  # 空前缀for num in nums:prefix_sum += num# 如果prefix_sum - k在哈希表中,说明存在前缀和为k的子数组count += prefix_count[prefix_sum - k]prefix_count[prefix_sum] += 1return count# 示例
nums = [1, 1, 1]
k = 2
print(subarray_sum_equals_k(nums, k))  # 输出: 2

1.2 差分数组技术

差分数组是前缀和的逆运算,常用于区间更新操作。

基本实现:

def build_difference_array(nums):n = len(nums)diff = [0] * ndiff[0] = nums[0]for i in range(1, n):diff[i] = nums[i] - nums[i - 1]return diffdef range_add(diff, left, right, val):# 将nums[left]到nums[right]的元素都加上valdiff[left] += valif right + 1 < len(diff):diff[right + 1] -= valdef reconstruct_array(diff):n = len(diff)nums = [0] * nnums[0] = diff[0]for i in range(1, n):nums[i] = nums[i - 1] + diff[i]return nums

实战应用: 航班预订统计

题目: 有n个航班,航班编号从1到n。有多个预订记录,每个记录包含(first, last, seats),表示从first到last号航班预订了seats个座位。求每个航班预订的座位总数。

def corporate_flight_bookings(bookings, n):# 初始化差分数组diff = [0] * (n + 1)# 处理预订记录for first, last, seats in bookings:diff[first - 1] += seats     # 注意索引从0开始diff[last] -= seats          # 结束后恢复# 还原原始数组result = [0] * nresult[0] = diff[0]for i in range(1, n):result[i] = result[i - 1] + diff[i]return result# 示例
bookings = [[1, 2, 10], [2, 3, 20], [2, 5, 25]]
n = 5
print(corporate_flight_bookings(bookings, n))  # 输出: [10, 55, 45, 25, 25]

二、并查集(Union-Find)

并查集是处理元素分组和合并操作的高效数据结构,广泛应用于图论问题。

2.1 并查集的高效实现

class UnionFind:def __init__(self, n):self.parent = list(range(n))self.rank = [0] * n  # 按秩合并优化self.count = n       # 连通分量数def find(self, x):if self.parent[x] != x:# 路径压缩self.parent[x] = self.find(self.parent[x])return self.parent[x]def union(self, x, y):root_x = self.find(x)root_y = self.find(y)if root_x == root_y:return False# 按秩合并if self.rank[root_x] < self.rank[root_y]:self.parent[root_x] = root_yelif self.rank[root_x] > self.rank[root_y]:self.parent[root_y] = root_xelse:self.parent[root_y] = root_xself.rank[root_x] += 1self.count -= 1return Truedef connected(self, x, y):return self.find(x) == self.find(y)

实战应用: 岛屿数量问题

题目: 给定一个由 ‘1’(陆地)和 ‘0’(水)组成的二维网格,计算岛屿的数量。

def num_islands(grid):if not grid or not grid[0]:return 0m, n = len(grid), len(grid[0])uf = UnionFind(m * n)# 将水域标记为已访问land_count = 0for i in range(m):for j in range(n):if grid[i][j] == '1':land_count += 1else:# 水域节点的父节点设为一个特殊值uf.parent[i * n + j] = -1# 方向数组: 右、下directions = [(0, 1), (1, 0)]# 合并相邻的陆地for i in range(m):for j in range(n):if grid[i][j] == '1':current = i * n + j# 检查右边和下边的相邻节点for dx, dy in directions:ni, nj = i + dx, j + dyif 0 <= ni < m and 0 <= nj < n and grid[ni][nj] == '1':neighbor = ni * n + njuf.union(current, neighbor)# 计算连通分量数量islands = 0for i in range(m * n):if uf.parent[i] != -1 and uf.find(i) == i:islands += 1return islands# 示例
grid = [["1","1","0","0","0"],["1","1","0","0","0"],["0","0","1","0","0"],["0","0","0","1","1"]
]
print(num_islands(grid))  # 输出: 3

高级应用: 最小生成树的Kruskal算法

def kruskal_mst(n, edges):"""Kruskal算法求最小生成树n: 节点数edges: 边列表 [(u, v, weight)]返回: 最小生成树的总权重"""# 按权重排序edges.sort(key=lambda x: x[2])uf = UnionFind(n)mst_weight = 0mst_edges = []for u, v, weight in edges:if uf.union(u, v):  # 如果合并成功(不会形成环)mst_weight += weightmst_edges.append((u, v, weight))# 如果已经找到n-1条边,说明最小生成树已完成if len(mst_edges) == n - 1:breakreturn mst_weight, mst_edges# 示例
edges = [(0, 1, 10), (0, 2, 6), (0, 3, 5),(1, 3, 15), (2, 3, 4)
]
n = 4
weight, mst = kruskal_mst(n, edges)
print(f"最小生成树权重: {weight}")
print(f"最小生成树边: {mst}")

三、线段树与树状数组

线段树和树状数组是处理区间查询和区间修改的高级数据结构。

3.1 树状数组(Binary Indexed Tree)

树状数组在O(log n)时间内完成单点更新和前缀和查询。

class BinaryIndexedTree:def __init__(self, n):self.size = nself.tree = [0] * (n + 1)  # 索引从1开始def update(self, index, delta):"""更新单个元素"""while index <= self.size:self.tree[index] += deltaindex += (index & -index)  # 加上最低位的1def query(self, index):"""查询前缀和: 从1到index的元素和"""result = 0while index > 0:result += self.tree[index]index -= (index & -index)  # 减去最低位的1return resultdef range_query(self, left, right):"""查询区间和: 从left到right的元素和"""return self.query(right) - self.query(left - 1)

实战应用: 逆序对计数

题目: 计算一个数组中的逆序对数量。逆序对是指数组中的两个元素,前面的元素大于后面的元素。

def count_inversions(nums):# 离散化: 将数组中的元素映射到1到nsorted_nums = sorted(set(nums))rank = {val: idx + 1 for idx, val in enumerate(s

文章转载自:

http://6NCPWg8R.cpzkq.cn
http://jbLXTAEI.cpzkq.cn
http://IbgXdeX4.cpzkq.cn
http://cU0Hpyw5.cpzkq.cn
http://pabk9MIF.cpzkq.cn
http://CyC0vmGT.cpzkq.cn
http://0xplxI8Q.cpzkq.cn
http://yAi4ZPlC.cpzkq.cn
http://FqgCDer3.cpzkq.cn
http://dyv7NQsk.cpzkq.cn
http://ovTT3EVT.cpzkq.cn
http://yq6KyIEy.cpzkq.cn
http://eDWxX9WZ.cpzkq.cn
http://Jo2fmHxf.cpzkq.cn
http://8vHhOpPy.cpzkq.cn
http://6QRjIKqX.cpzkq.cn
http://WVjc7cWe.cpzkq.cn
http://3cA6mgJx.cpzkq.cn
http://UJAJ6J5d.cpzkq.cn
http://15AKYP5z.cpzkq.cn
http://1PuQa1Ot.cpzkq.cn
http://xdfnVAhE.cpzkq.cn
http://2GOuzqXA.cpzkq.cn
http://73ZseRr1.cpzkq.cn
http://PG6QzDoH.cpzkq.cn
http://rzN2Tjak.cpzkq.cn
http://SxlIJMS3.cpzkq.cn
http://05iE0Fgp.cpzkq.cn
http://YUxkFs8f.cpzkq.cn
http://3ATsiBwN.cpzkq.cn
http://www.dtcms.com/wzjs/760925.html

相关文章:

  • 如何设置网站公司动态株洲本地新闻
  • 湖南专业做网站公司建设局网站漠河
  • 烟台汽车租赁网站建设网站导航栏原型图怎么做
  • 力软框架做网站室内设计难学吗
  • 鞍山网站制作云端拖鞋设计网站推荐
  • 北京网站设计济南兴田德润团队怎么样免费咨询律师在线解答
  • 网站建设包括哪些东西胶州专业建站
  • 网站改版多久恢复落地页制作
  • 广州设计网站建设企业查询宝官网
  • 网站开发济南招聘个人制作网站的流程
  • 广西金利建设有限公司网站微信小程序页面跳转
  • 镇江模板网站浙江网站建设排名
  • 网站无法连接到服务器asp在网站开发中起什么作用
  • 中国建设银行的网站.三维设计官网
  • 售房网站开发 .net网站后台数据分析怎么做
  • 用word文档做网站wordpress简称
  • 品牌网站建设小科6a蚪伊宁市住房与城乡建设局网站
  • 做网站需要缴什么费用WordPress重力表单注册
  • 做游戏视频网站汉中市住建局建设厅网站官网
  • 胶南做公司网站重庆建设注册执业中心网站
  • 原网站备案在哪网站策划的流程
  • 网站栏目 英文哪个网站做h5比较好
  • 网站顶部素材广州 网站 设计
  • 做关键词搜索的网站制作公司网站要多少钱
  • 怎么在百度上搜到自己的网站wordpress花园视频教程
  • 成都房建设部网站wordpress 轮播图插件下载
  • 网站错位呼和浩特做网站的公司
  • ppt模板去哪个网站下载全球搜钻
  • app需要网站有哪些wordpress美食
  • 手机端网站建设要点临沂专业网站建设设计公司