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[数据结构与算法]预推免复习---数据结构

1.什么是堆?大根堆?小根堆?

堆:堆是一棵完全二叉树
大根堆:若根节点存在左右子节点,那么根节点的值大于或等于左右子节点的值
小根堆:若根节点存在左右子节点,那么根节点的值小于或等于左右子节点的值

2.哈夫曼编码?

哈夫曼(Huffman)编码算法是基于二叉树构建编码压缩结构的,它是数据压缩中经典的一种算法。算法根据文本字符出现的频率,重新对字符进行编码。因为为了缩短编码的长度,我们自然希望频率越高的词,编码越短,这样最终才能最大化压缩存储文本数据的空间。

我们使用二叉树来构建哈夫曼树并生成哈夫曼编码. 实际上,哈夫曼树构造的过程就是最优二叉树的构建过程

原文链接:https://blog.csdn.net/wintershii/article/details/84898214

3.快速排序?

时间复杂度:O(nlogn)
原理:每次找出一个监视哨,然后遍历数据,将数据分为两部分,比监视哨小的放到监视哨的左边位置,比监视哨大的放到监视哨的右边位置。
数组和链表的区别?

4.循环队列的优点和缺点?

优点:相对于直线队列来讲,直线队列在元素出队后,头指针向后移动,导致删除元素后的空间无法在利用,即使元素个数小于空间大小,依然无法再进行插入,即所谓的“假上溢”。当变成循环队列之后,删除元素后的空间仍然可以利用,最大限度的利用空间。
缺点:无法通过front==real来判断满或空,可以将一个位置单独作为哨兵位来解决

5.各种排序算法时间复杂度?

原文链接在这里插入图片描述各排序算法的思想:

(1)冒泡排序:

是相邻元素之间的比较和交换,两重循环O(n2);所以,如果两个相邻元素相等,是不会交换的。所以它是一种稳定的排序方法

(2)选择排序:

每个元素都与第一个元素相比,产生交换,两重循环O(n2);举个栗子,5 8 5 2 9,第一遍之后,2会与5交换,那么原序列中两个5的顺序就被破坏了。所以不是稳定的排序算法

(3)插入排序:

插入排序是在一个已经有序的小序列的基础上,一次插入一个元素。刚开始这个小序列只包含第一个元素,事件复杂度O(n2)。比较是从这个小序列的末尾开始的。想要插入的元素和小序列的最大者开始比起,如果比它大则直接插在其后面,否则一直往前找它该插入的位置。如果遇见了一个和插入元素相等的,则把插入元素放在这个相等元素的后面。所以相等元素间的顺序没有改变,是稳定的。

(4)快速排序
快速排序有两个方向,左边的i下标一直往右走,当a[i] <= a[center_index],其中center_index是中枢元素的数组下标,一般取为数组第0个元素。而右边的j下标一直往左走,当a[j] > a[center_index]。如果i和j都走不动了,i <= j, 交换a[i]和a[j],重复上面的过程,直到i>j。 交换a[j]和a[center_index],完成一趟快速排序。在中枢元素和a[j]交换的时候,很有可能把前面的元素的稳定性打乱,比如序列为 5 3 3 4 3 8 9 10 11, 现在中枢元素5和3(第5个元素,下标从1开始计)交换就会把元素3的稳定性打乱,所以快速排序是一个不稳定的排序算法,不稳定发生在中枢元素和a[j]交换的时刻。

(5)归并排序
归并排序是把序列递归地分成短序列,递归出口是短序列只有1个元素(认为直接有序)或者2个序列(1次比较和交换),然后把各个有序的段序列合并成一个有序的长序列,不断合并直到原序列全部排好序。可以发现,在1个或2个元素时,1个元素不会交换,2个元素如果大小相等也没有人故意交换,这不会破坏稳定性。那么,在短的有序序列合并的过程中,稳定是是否受到破坏?没有,合并过程中我们可以保证如果两个当前元素相等时,我们把处在前面的序列的元素保存在结果序列的前面,这样就保证了稳定性。所以,归并排序也是稳定的排序算法。

(6)基数排序
基数排序是按照低位先排序,然后收集;再按照高位排序,然后再收集;依次类推,直到最高位。有时候有些属性是有优先级顺序的,先按低优先级排序,再按高优先级排序,最后的次序就是高优先级高的在前,高优先级相同的低优先级高的在前。基数排序基于分别排序,分别收集,所以其是稳定的排序算法。

(7)希尔排序(shell)
希尔排序是按照不同步长对元素进行插入排序,当刚开始元素很无序的时候,步长最大,所以插入排序的元素个数很少,速度很快;当元素基本有序了,步长很小,插入排序对于有序的序列效率很高。所以,希尔排序的时间复杂度会比o(n^2)好一些。由于多次插入排序,我们知道一次插入排序是稳定的,不会改变相同元素的相对顺序,但在不同的插入排序过程中,相同的元素可能在各自的插入排序中移动,最后其稳定性就会被打乱,所以shell排序是不稳定的。

(8)堆排序
我们知道堆的结构是节点i的孩子为2i和2i+1节点,大顶堆要求父节点大于等于其2个子节点,小顶堆要求父节点小于等于其2个子节点。在一个长为n的序列,堆排序的过程是从第n/2开始和其子节点共3个值选择最大(大顶堆)或者最小(小顶堆),这3个元素之间的选择当然不会破坏稳定性。但当为n/2-1, n/2-2, …1这些个父节点选择元素时,就会破坏稳定性。有可能第n/2个父节点交换把后面一个元素交换过去了,而第n/2-1个父节点把后面一个相同的元素没有交换,那么这2个相同的元素之间的稳定性就被破坏了。所以,堆排序不是稳定的排序算法
原文链接:https://blog.csdn.net/q2213065359/article/details/82801717

6.数组和链表的区别?

数组和链表是两种基本的数据结构,他们在内存存储上的表现不一样,所以也有各自的特点

数组

一、数组的特点

1.在内存中,数组是一块连续的区域

2.数组需要预留空间

在使用前需要提前申请所占内存的大小,这样不知道需要多大的空间,就预先申请可能会浪费内存空间,即数组空间利用率低

ps:数组的空间在编译阶段就需要进行确定,所以需要提前给出数组空间的大小(在运行阶段是不允许改变的)

3.在数组起始位置处,插入数据和删除数据效率低。

插入数据时,待插入位置的的元素和它后面的所有元素都需要向后搬移

删除数据时,待删除位置后面的所有元素都需要向前搬移

4.随机访问效率很高,时间复杂度可以达到O(1)

因为数组的内存是连续的,想要访问那个元素,直接从数组的首地址处向后偏移就可以访问到了

5.数组开辟的空间,在不够使用的时候需要扩容,扩容的话,就会涉及到需要把旧数组中的所有元素向新数组中搬移

6.数组的空间是从栈分配的

二、数组的优点

随机访问性强,查找速度快,时间复杂度为O(1)

三、数组的缺点

1.头插和头删的效率低,时间复杂度为O(N)

2.空间利用率不高

3.内存空间要求高,必须有足够的连续的内存空间

4.数组空间的大小固定,不能动态拓展

链表

一、链表的特点

1.在内存中,元素的空间可以在任意地方,空间是分散的,不需要连续

2.链表中的元素都会两个属性,一个是元素的值,另一个是指针,此指针标记了下一个元素的地址

每一个数据都会保存下一个数据的内存的地址,通过此地址可以找到下一个数据

3.查找数据时效率低,时间复杂度为O(N)

因为链表的空间是分散的,所以不具有随机访问性,如要需要访问某个位置的数据,需要从第一个数据开始找起,依次往后遍历,直到找到待查询的位置,故可能在查找某个元素时,时间复杂度达到O(N)

4.空间不需要提前指定大小,是动态申请的,根据需求动态的申请和删除内存空间,扩展方便,故空间的利用率较高

5.任意位置插入元素和删除元素效率较高,时间复杂度为O(1)

6.链表的空间是从堆中分配的

二、链表的优点

1.任意位置插入元素和删除元素的速度快,时间复杂度为O(1)

2.内存利用率高,不会浪费内存

3.链表的空间大小不固定,可以动态拓展

三、链表的缺点

随机访问效率低,时间复杂度为0(N)

综上:

对于想要快速访问数据,不经常有插入和删除元素的时候,选择数组

对于需要经常的插入和删除元素,而对访问元素时的效率没有很高要求的话,选择链表
原文链接:https://zhuanlan.zhihu.com/p/78165368

7.邻接矩阵与邻接表?

都是对的一种数据存储方式。
邻接矩阵:就是一个二维数组,大小为dis[n][n](n为顶点数),其中dis[i][j]表示顶点i到顶点j的距离,可以看出,邻接表的空间复杂度为O(n^2),
邻接表:邻接表是一部分人理解的难点,它的思想是,对每一个顶点,创建一个表,链接其所有出边。

8.解决哈希冲突的方法?

1)开放定址法:
这种方法也称再散列法,其基本思想是:当关键字key的哈希地址p=H(key)出现冲突时,以p为基础,产生另一个哈希地址p1,如果p1仍然冲突,再以p为基础,产生另一个哈希地址p2,…,直到找出一个不冲突的哈希地址pi ,将相应元素存入其中。这种方法有一个通用的再散列函数形式:

Hi=(H(key)+di)% m i=1,2,…,n

其中H(key)为哈希函数,m 为表长,di称为增量序列。增量序列的取值方式不同,相应的再散列方式也不同。主要有以下三种:

线性探测再散列
dii=1,2,3,…,m-1

这种方法的特点是:冲突发生时,顺序查看表中下一单元,直到找出一个空单元或查遍全表。

二次探测再散列
di=12,-12,22,-22,…,k2,-k2 ( k<=m/2 )

这种方法的特点是:冲突发生时,在表的左右进行跳跃式探测,比较灵活。

伪随机探测再散列
di=伪随机数序列。

具体实现时,应建立一个伪随机数发生器,(如i=(i+p) % m),并给定一个随机数做起点。

例如,已知哈希表长度m=11,哈希函数为:H(key)= key % 11,则H(47)=3,H(26)=4,H(60)=5,假设下一个关键字为69,则H(69)=3,与47冲突。

如果用线性探测再散列处理冲突,下一个哈希地址为H1=(3 + 1)% 11 = 4,仍然冲突,再找下一个哈希地址为H2=(3 + 2)% 11 = 5,还是冲突,继续找下一个哈希地址为H3=(3 + 3)% 11 = 6,此时不再冲突,将69填入5号单元。

如果用二次探测再散列处理冲突,下一个哈希地址为H1=(3 + 12)% 11 = 4,仍然冲突,再找下一个哈希地址为H2=(3 - 12)% 11 = 2,此时不再冲突,将69填入2号单元。

如果用伪随机探测再散列处理冲突,且伪随机数序列为:2,5,9,………,则下一个哈希地址为H1=(3 + 2)% 11 = 5,仍然冲突,再找下一个哈希地址为H2=(3 + 5)% 11 = 8,此时不再冲突,将69填入8号单元。

  1. 再哈希法
    这种方法是同时构造多个不同的哈希函数:

Hi=RH1(key) i=1,2,…,k

当哈希地址Hi=RH1(key)发生冲突时,再计算Hi=RH2(key)……,直到冲突不再产生。这种方法不易产生聚集,但增加了计算时间。

3)链地址法
这种方法的基本思想是将所有哈希地址为i的元素构成一个称为同义词链的单链表,并将单链表的头指针存在哈希表的第i个单元中,因而查找、插入和删除主要在同义词链中进行。链地址法适用于经常进行插入和删除的情况。

4)建立公共溢出区
这种方法的基本思想是:将哈希表分为基本表和溢出表两部分,凡是和基本表发生冲突的元素,一律填入溢出表。

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加:2022-08-19 19:31:09  更:2022-08-19 19:34:47 
 
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