文章和代码曾经归档至【Github仓库:https://github.com/timerring/algorithms-notes 】或者公众号【AIShareLab】回复 算法笔记 也可获取。

Trie树(字典树)

Trie树是用来疾速存储和查找 字符串汇合的数据结构。某个字符串汇合对应的有根树。树的每条边上对应有恰好一个字符,每个顶点代表从根到该节点的门路所对应的字符串(将所有通过的边上的字符按程序连接起来)。利用字符串的公共前缀来缩小查问工夫,最大限度地缩小无谓的字符串比拟,查问效率比哈希树高。

根本思维

存储若干字符串(通常样本中的字符较少),而后依据字符串中字符呈现的先后顺序建设树,把具备雷同前缀的字符串依照其前缀归类在一个分支中,并且须要在字符串的最初一个地位进行标记(表明到此为一个残缺的字符串)。

查找时只须要寻找是否有匹配的序列,并且是否已标记结尾即可。

例题 Trie字符串统计

保护一个字符串汇合,反对两种操作:

  1. I x 向汇合中插入一个字符串 x;
  2. Q x 询问一个字符串在汇合中呈现了多少次。

共有 N 个操作,输出的字符串总长度不超过 $10^5$,字符串仅蕴含小写英文字母。

输出格局

第一行蕴含整数 N,示意操作数。

接下来 N 行,每行蕴含一个操作指令,指令为 I xQ x 中的一种。

输入格局

对于每个询问指令 Q x,都要输入一个整数作为后果,示意 x 在汇合中呈现的次数。

每个后果占一行。

数据范畴

$1≤N≤2∗10^4$

输出样例:

5I abcQ abcQ abI abQ ab

输入样例:

101

code

#include<iostream>using namespace std;const int N = 100010;// 下标0代表根节点和空节点,cnt用于计数,idx代表以后的节点(和单链表一样)相当于是一个举世无双的递增编号,son[N][26]每个节点最多有26条边(小写英文字母)int son[N][26], cnt[N], idx;char str[N];// 插入void insert(char str[]){    int p = 0;// 根节点    // 遍历字符串,cpp中str最初一位是\0    for(int i = 0; str[i]; i ++)    {        // 映射字母a-z为0-25        int u = str[i] - 'a';        // 若不存在该节点则创立一个        if(!son[p][u]) son[p][u] = ++ idx;        // 走到该子节点        p = son[p][u];    }    cnt[p] ++ ;// 标记该子节点存在的单词个数 记住这里p = son[p][u];}// 查问int query(char str[]){    int p = 0;    for(int i = 0; str[i]; i++)    {        int u = str[i] - 'a';        if(!son[p][u]) return 0;        p = son[p][u];    }        return cnt[p];}int main(){    //ios::sync_with_stdio(false);    //cin.tie(0);    int n;    scanf("%d", &n);    while(n --)    {        char op[2];        scanf("%s%s", op, str);        if(op[0] == 'I') insert(str);        else printf("%d\n", query(str));    }    return 0;}

对于idx的了解

不论是链表,Trie树还是堆,他们的根本单元都是一个个结点连贯形成的,能够成为“链”式构造。这个结点蕴含两个根本的属性:自身的值和指向下一个结点的指针。按情理,应该依照构造体的形式来实现这些数据结构的,然而做算法题个别用数组模仿,次要是因为比拟快。

原来这两个属性都是以构造体的形式分割在一起的,当初如果用数组模仿,如何能力把这两个属性分割起来呢,如何辨别各个结点呢?答案是采纳idx。

idx的操作总是 idx++,这就保障了不同的idx值对应不同的结点,这样就能够利用idx把构造体内两个属性分割在一起了。因而,idx能够了解为结点。

idx相当于一个分配器,如果须要退出新的结点就用++idx调配出一个下标,输出字符串的总长度不超过$10^5$,因而最多会用到$10^5$个idx。

Trie树中有个二维数组 son[N][26],示意以后结点的儿子,如果没有的话,能够等于++idx。Trie树实质上是一颗多叉树,对于字母而言最多有26个子结点。所以这个数组蕴含了两条信息。比方:son[1][0]=2示意1结点的一个值为a的子结点为结点2;如果son[1][0] = 0,则意味着没有值为a子结点。这里的son[N][26]相当于链表中的ne[N]。当然这里2仅仅是一个节点的编号而已。

参考:https://www.acwing.com/solution/content/5673/

模板总结

int son[N][26], cnt[N], idx;// 0号点既是根节点,又是空节点// son[][]存储树中每个节点的子节点// cnt[]存储以每个节点结尾的单词数量// 插入一个字符串void insert(char *str){    int p = 0;    for (int i = 0; str[i]; i ++ )    {        int u = str[i] - 'a';        if (!son[p][u]) son[p][u] = ++ idx;        p = son[p][u];    }    cnt[p] ++ ;}// 查问字符串呈现的次数int query(char *str){    int p = 0;    for (int i = 0; str[i]; i ++ )    {        int u = str[i] - 'a';        if (!son[p][u]) return 0;        p = son[p][u];    }    return cnt[p];}

利用 最大异或对

在给定的 N个整数 $A_1$,$A_2$……$A_N$ 中选出两个进行 $xor$(异或)运算(个别异或运算是按位计算的),失去的后果最大是多少?

输出格局

第一行输出一个整数 N。

第二行输出 N 个整数 $A_1$~$A_N$。

输入格局

输入一个整数示意答案。

数据范畴

$1≤N≤10^5$
$0≤A_i<2^{31}$

输出样例:

31 2 3

输入样例:

3

剖析

首先是暴力做法BF $O(n^2)$:

for (int i = 0; i < n; i++){    for (int j = 0; j < i; j++)    {        // 但其实 a[i] ^ a[j] == a[j] ^ a[i], 所以内层循环 j < i         // 因为 a[i] ^ a[i] == 0 所以当时把返回值初始化成0 不必判断相等的状况    }}

异或也能够了解为不进位加法,雷同的话异或值为0。Trie树不仅能够存储整数,也能够存储二进制数。而计算机中所有文件都是以二进制的模式保留的,换句话说Trie数能够存储任何文件。异或后最大,这须要寻找出与原数每位不同的数,为保障最大值,须要从最高位开始顺次寻找,过程如下所示:

能够不必先全副插入,因为这是有程序的,防止屡次枚举 $a_j$ 和 $a_i$ 以及 $a_i$ 和 $a_j$ 的状况。因而能够先查找再插入(可能最开始的状况下要写一个特判,因为最开始没有能够查找的内容),当然也能够先插入再查找(可能存在的问题就是每次本人和本人异或是0,没有意义)。

#include <iostream>#include <algorithm>using namespace std;// N是整数个数,M是树的总宽度const int N = 100010, M = 3100010;int n;int a[N], son[M][2], idx;void insert(int x){    int p = 0;    for (int i = 30; i >= 0; i -- )    {        // 从高到低顺次取每一位        int u = x >> i & 1;        // 没有该节点则插入该节点        if (!son[p][u]) son[p][u] = ++ idx;        // 指针指向下一层        p = son[p][u];    }}int query(int x){    int p = 0, res = 0;    for (int i = 30; i >= 0; i -- )    {        // 从最大位开始找        int u = x >> i & 1;        // 如果以后层有对应的不雷同的数,p指针就指到不同数的地址        if (son[p][!u])        {            p = son[p][!u];            // 因为这一位不同,异或后为1,这里向前移位并且保留相反数即可。            res = res * 2 + !u;        }        else         {            p = son[p][u];            // 如果没有相异的数,则只能向前移一位而后保留该数即可。            res = res * 2 + u;        }    }    return res;}int main(){    scanf("%d", &n);    for (int i = 0; i < n; i ++ ) scanf("%d", &a[i]);    int res = 0;    for (int i = 0; i < n; i ++ )     {        insert(a[i]);        int t = query(a[i]);        // 最初再进行异或解决        res = max(res, a[i] ^ t);    }    printf("%d\n", res);    return 0;}

同时,这里对于代码有两个思路,一个是下面这种query须要寻找的对应的异或的整数,最初 max(res, a[i] ^ t) 失去后果。

此外还能够间接在 query 中提前进行比拟计算,最初间接比拟后果即可 max(res, t),过程如下:

int query(int x){    int p = 0, res = 0;    for (int i = 30; i >= 0; i -- )    {        // 从最大位开始找        int u = x >> i & 1;        // 如果以后层有对应的不雷同的数,p指针就指到不同数的地址        if (son[p][!u])        {            p = son[p][!u];            // 因为这一位不同,异或后为1,只须要向前移并且加1即可            res = res * 2 + 1;        }        else         {            p = son[p][u];            // 这一位雷同,xor后为0,向前移一位而后置0即可。            res = res * 2 + 0;        }    }    return res;}