數據結構與演算法之路

2020-08-13 09:52:25

本文優化自:https://www.cnblogs.com/ComputerG/archive/2010/05/17/1737050.html

初級階段可以參考:https://blog.csdn.net/m0_46521785/article/details/107971893

第一階段:練經典常用演算法

下面 下麪的每個演算法給我打上十到二十遍,同時自己精簡程式碼,

因爲太常用,所以要練到寫時不用想,10-15分鐘內打完,甚至關掉顯示器都可以把程式打出來.

  • 最短路(Floyd、Dijstra,BellmanFord)

  • 最小生成樹(先寫個prim,kruscal要用並查集,不好寫)

  • 大數(高精度)加減乘除

  • 二分查詢. (程式碼可在五行以內)

  • 叉乘、判線段相交、然後寫個凸包.

  • BFS、DFS,同時熟練hash表(要熟,要靈活,程式碼要簡)

  • 數學上的有:輾轉相除(兩行內),線段交點、多角形面積公式.

  • 呼叫系統的qsort, 技巧很多,慢慢掌握.

  • 任意進位制間的轉換


第二階段:練習複雜一點,但也較常用的演算法。

  • 二分圖匹配(匈牙利),最小路徑覆蓋

  • 網路流,最小費用流。

  • 線段樹.

  • 並查集。

  • 熟悉動態規劃的各個典型:LCS、最長遞增子串、三角剖分、記憶化dp

  • 博弈類演算法。博弈樹,二進制法等。

  • 最大團,最大獨立集。

  • 判斷點在多邊形內。

  • 差分約束系統.

  • 雙向廣度搜尋、A*演算法,最小耗散優先.


初級

一.基本演算法:

(1)列舉. (poj1753,poj2965) (2)貪心(poj1328,poj2109,poj2586)

(3)遞回和分治法. (4)遞推.

(5)構造法.(poj3295) (6)模擬法.(poj1068,poj2632,poj1573,poj2993,poj2996)

二.圖演算法:

  • 圖的深度優先遍歷和廣度優先遍歷.

  • 最短路徑演算法(dijkstra,bellman-ford,floyd,heap+dijkstra)

    (poj1860,poj3259,poj1062,poj2253,poj1125,poj2240)

  • 最小生成樹演算法(prim,kruskal)

    (poj1789,poj2485,poj1258,poj3026)

  • 拓撲排序 (poj1094)

  • 二分圖的最大匹配 (匈牙利演算法) (poj3041,poj3020)

  • 最大流的增廣路演算法(KM演算法). (poj1459,poj3436)

三.數據結構.

  • 串 (poj1035,poj3080,poj1936)

  • 排序(快排、歸併排(與逆序數有關)、堆排) (poj2388,poj2299)

  • 簡單並查集的應用.

  • 雜湊表和二分查詢等高效查詢法(數的Hash,串的Hash)

    (poj3349,poj3274,POJ2151,poj1840,poj2002,poj2503)

  • 哈夫曼樹(poj3253)

  • trie樹(靜態建樹、動態建樹) (poj2513)

四.簡單搜尋

  • 深度優先搜尋 (poj2488,poj3083,poj3009,poj1321,poj2251)

  • 廣度優先搜尋(poj3278,poj1426,poj3126,poj3087.poj3414)

  • 簡單搜尋技巧和剪枝(poj2531,poj1416,poj2676,1129)

五.動態規劃

  • 揹包問題. (poj1837,poj1276)

  • 型如下表的簡單DP(可參考lrj的書 page149):

    • 1.E[j]=opt{D+w(i,j)} (poj3267,poj1836,poj1260,poj2533)
    • 2.E[i,j]=opt{D[i-1,j]+xi,D[i,j-1]+yj,D[i-1][j-1]+zij} (最長公共子序列) (poj3176,poj1080,poj1159)
    • 3.C[i,j]=w[i,j]+opt{C[i,k-1]+C[k,j]}.(最優二分檢索樹問題)

六.數學

  • 組合數學:

    • 1.加法原理和乘法原理.
    • 2.排列組合.
    • 3.遞推關係. (POJ3252,poj1850,poj1019,poj1942)
  • 數論.

    • 1.素數與整除問題
    • 2.進位制位.
    • 3.同餘模運算. (poj2635, poj3292,poj1845,poj2115)
  • 計算方法.

    • 1.二分法求解單調函數相關知識.(poj3273,poj3258,poj1905,poj3122)

七.計算幾何學

  • 幾何公式.

  • 叉積和點積的運用(如線段相交的判定,點到線段的距離等). (poj2031,poj1039)

  • 多邊型的簡單演算法(求面積)和相關判定(點在多邊型內,多邊型是否相交) (poj1408,poj1584)

  • 凸包. (poj2187,poj1113)


中級:

一.基本演算法:

  • C++的標準模版庫的應用. (poj3096,poj3007)
  • 較爲複雜的模擬題的訓練(poj3393,poj1472,poj3371,poj1027,poj2706)

二.圖演算法:

  • 差分約束系統的建立和求解. (poj1201,poj2983)

  • 最小費用最大流(poj2516,poj2516,poj2195)

  • 雙連通分量(poj2942)

  • 強連通分支及其縮點.(poj2186)

  • 圖的割邊和割點(poj3352)

  • 最小割模型、網路流規約(poj3308, )

三.數據結構.

  • 線段樹. (poj2528,poj2828,poj2777,poj2886,poj2750)
  • 靜態二叉檢索樹. (poj2482,poj2352)
  • 樹狀樹組(poj1195,poj3321)
  • RMQ. (poj3264,poj3368)
  • 並查集的高階應用. (poj1703,2492)
  • KMP演算法. (poj1961,poj2406)

四.搜尋

  • 最佳化剪枝和可行性剪枝
  • 搜尋的技巧和優化 (poj3411,poj1724)
  • 記憶化搜尋(poj3373,poj1691)

五.動態規劃

  • 較爲複雜的動態規劃(如動態規劃解特別的施行商問題等)

    (poj1191,poj1054,poj3280,poj2029,poj2948,poj1925,poj3034)

  • 記錄狀態的動態規劃. (POJ3254,poj2411,poj1185)

  • 樹型動態規劃(poj2057,poj1947,poj2486,poj3140)

六.數學

  • 組合數學:

    • 1.容斥原理.
    • 2.抽屜原理.
    • 3.置換羣與Polya定理(poj1286,poj2409,poj3270,poj1026).
    • 4.遞推關係和母函數.
  • 數學.

    • 1.高斯消元法(poj2947,poj1487, poj2065,poj1166,poj1222)
    • 2.概率問題. (poj3071,poj3440)
    • 3.GCD、擴充套件的歐幾裡德(中國剩餘定理) (poj3101)
  • 計算方法.

    • 1.0/1分數規劃. (poj2976)
    • 2.三分法求解單峯(單谷)的極值.
    • 3.矩陣法(poj3150,poj3422,poj3070)
    • 4.迭代逼近(poj3301)
  • 隨機化演算法(poj3318,poj2454)

  • 雜題.

    (poj1870,poj3296,poj3286,poj1095)

七.計算幾何學.

  • 座標離散化.

  • 掃描線演算法(例如求矩形的面積和周長並,常和線段樹或堆一起使用).

    (poj1765,poj1177,poj1151,poj3277,poj2280,poj3004)

  • 多邊形的內核(半平面交)(poj3130,poj3335)

  • 幾何工具的綜合應用.(poj1819,poj1066,poj2043,poj3227,poj2165,poj3429)


高階:

一.基本演算法要求:

  • 程式碼快速寫成,精簡但不失風格

    (poj2525,poj1684,poj1421,poj1048,poj2050,poj3306)

  • 保證正確性和高效性. poj3434

二.圖演算法:

  • 度限制最小生成樹和第K最短路. (poj1639)

  • 最短路,最小生成樹,二分圖,最大流問題的相關理論(主要是模型建立和求解)

    (poj3155, poj2112,poj1966,poj3281,poj1087,poj2289,poj3216,poj2446

  • 最優比率生成樹. (poj2728)

  • 最小樹形圖(poj3164)

  • 次小生成樹.

  • 無向圖、有向圖的最小環

三.數據結構.

  • trie圖的建立和應用. (poj2778)

  • LCA和RMQ問題(LCA(最近公共祖先問題) 有離線演算法(並查集+dfs) 和 線上演算法

    (RMQ+dfs)).(poj1330)

  • 雙端佇列和它的應用(維護一個單調的佇列,常常在動態規劃中起到優化狀態轉移的目的). (poj2823)

  • 左偏樹(可合併堆).

  • 後綴樹(非常有用的數據結構,也是賽區考題的熱點).

    (poj3415,poj3294)

四.搜尋

  • 較麻煩的搜尋題目訓練(poj1069,poj3322,poj1475,poj1924,poj2049,poj3426)

  • 廣搜的狀態優化:利用M進位制數儲存狀態、轉化爲串用hash表判重、按位元壓縮儲存狀態、雙向廣搜、A*演算法.

    (poj1768,poj1184,poj1872,poj1324,poj2046,poj1482)

  • 深搜的優化:儘量用位運算、一定要加剪枝、函數參數儘可能少、層數不易過大、可以考慮雙向搜尋或者是輪換搜尋、IDA*演算法. (poj3131,poj2870,poj2286)

五.動態規劃

  • 需要用數據結構優化的動態規劃.

    (poj2754,poj3378,poj3017)

  • 四邊形不等式理論.

  • 較難的狀態DP(poj3133)

六.數學

  • 組合數學.

    • 1.MoBius反演(poj2888,poj2154)
    • 2.偏序關係理論.
  • 博奕論.

    • 1.極大極小過程(poj3317,poj1085)
    • 2.Nim問題.

七.計算幾何學.

  • 半平面求交(poj3384,poj2540)

  • 可檢視的建立(poj2966)

  • 點集最小圓覆蓋.

  • 對踵點(poj2079)

八.綜合題.

(poj3109,poj1478,poj1462,poj2729,poj2048,poj3336,poj3315,poj2148,poj1263)

相關的知識

圖論

  • 路徑問題
    0/1邊權最短路徑
    BFS
    非負邊權最短路徑(Dijkstra)
    可以用Dijkstra解決問題的特徵
    負邊權最短路徑
    Bellman-Ford
    Bellman-Ford的Yen-氏優化
    差分約束系統
    Floyd
    廣義路徑問題
    傳遞閉包
    極小極大距離 / 極大極小距離
    Euler Path / Tour
    圈套圈演算法
    混合圖的 Euler Path / Tour
    Hamilton Path / Tour
    特殊圖的Hamilton Path / Tour 構造
  • 生成樹問題
    最小生成樹
    第k小生成樹
    最優比率生成樹
    0/1分數規劃
    度限制生成樹
  • 連通性問題
    強大的DFS演算法
    無向圖連通性
    割點
    割邊
    二連通分支
    有向圖連通性
    強連通分支
    2-SAT
    最小點基
  • 有向無環圖
    拓撲排序
    有向無環圖與動態規劃的關係
  • 二分圖匹配問題
    一般圖問題與二分圖問題的轉換思路
    最大匹配
    有向圖的最小路徑覆蓋
    0 / 1矩陣的最小覆蓋
    完備匹配
    最優匹配
    穩定婚姻
  • 網路流問題
    網路流模型的簡單特徵和與線性規劃的關係
    最大流最小割定理
    最大流問題
    有上下界的最大流問題
    回圈流
    最小費用最大流 / 最大費用最大流
  • 弦圖的性質和判定

組合數學

  • 解決組合數學問題時常用的思想
    • 逼近
    • 遞推 / 動態規劃
  • 概率問題
    • Polya定理

計算幾何 / 解析幾何

  • 計算幾何的核心:叉積 / 面積
  • 解析幾何的主力:複數
  • 基本形

    直線,線段
    多邊形
  • 凸多邊形 / 凸包
    凸包演算法的引進,捲包裹法
  • Graham掃描法
    水平序的引進,共線凸包的修補程式
  • 完美凸包演算法
  • 相關判定
    兩直線相交
    兩線段相交
    點在任意多邊形內的判定
    點在凸多邊形內的判定
  • 經典問題
    最小外接圓
    近似O(n)的最小外接圓演算法
    點集直徑
    旋轉卡殼,對踵點
    多邊形的三角剖分

數學 / 數論

  • 最大公約數
    • Euclid演算法
      • 擴充套件的Euclid演算法
        • 同餘方程 / 二元一次不定方程
        • 同餘方程組
  • 線性方程組
    高斯消元法
    解mod 2域上的線性方程組
    整係數方程組的精確解法
  • 矩陣
    • 行列式的計算
      • 利用矩陣乘法快速計算遞推關係
  • 分數
    分數樹
    連分數逼近
  • 數論計算
    • 求N的約數個數
    • 求phi(N)
    • 求約數和
    • 快速數論變換
    • ……
  • 素數問題
    • 概率判素演算法
    • 概率因子分解

數據結構

  • 組織結構
    • 二元堆積
    • 左偏樹
    • 二項樹
    • 勝者樹
    • 跳躍表
    • 樣式圖示
    • 斜堆
    • reap
  • 統計結構
    • 樹狀陣列
    • 虛二元樹
    • 線段樹
      • 矩形面積並
      • 圓形面積並
  • 關係結構
    • Hash表
    • 並查集
      • 路徑壓縮思想的應用
  • STL中的數據結構
    • vector
    • deque
    • set / map
  • 動態規劃 / 記憶化搜尋
    • 動態規劃和記憶化搜尋在思考方式上的區別
    • 最長子序列系列問題
    • 最長不下降子序列
    • 最長公共子序列
    • 最長公共不下降子序列
    • 一類NP問題的動態規劃解法
    • 樹型動態規劃
    • 揹包問題
    • 動態規劃的優化
      • 四邊形不等式
      • 函數的凸凹性
      • 狀態設計
      • 規劃方向

線性規劃

  • 常用思想
    二分 最小表示法

  • KMP Trie結構
    後綴樹/後綴陣列 LCA/RMQ
    有限狀態自動機理論
  • 排序
    選擇/冒泡 快速排序 堆排序 歸併排序
    基數排序 拓撲排序 排序網路