算法(9):哈希表

这应该是最近最后一篇关于数据结构的内容了,写完之后我会开始把动态规划、回溯、贪婪等算法过一过,如果有时间,也会总结一下排序、查找等常用算法。



  哈希表就是使用哈希函数来组织数据的一种数据结构,支持快速的插入和查找功能(有的哈希表也提供删除功能,当然,删除功能也是快速的)。常见的哈希表两种结构:hash set 和 hash map(个人感觉就是python 里的 set 和 dict)。
  哈希表因为哈希函数设计的不同,会出现哈希碰撞,一般解决方法为拉链法和开放寻址法(也叫线性探测法)。
  我突然有点懒得写了,,,先贴几个链接,回头再整理。

哈希表(散列表)原理详解
浅谈算法和数据结构: 十一 哈希表

上题上题,不上题我心里痒痒。


问题1:快乐数字(Hapy Number)大家读到这里,扪心自问一下,今天你快乐吗?给一个正整数,我们把每一位拆开,然后求平方和,并一直重复该过程,直到最后等于1,或者陷入无限轮回循环......如果最终结果为1,那么它就是快乐数字,输出True,反之False。(该题用了 hash set)
输入: 19
输出: true
解释:
1^2 + 9^2 = 82
8^2 + 2^2 = 68
6^2 + 8^2 = 100
1^2 + 0^2 + 0^2 = 1

class Solution:
    def isHappy(self, n: int) -> bool:
        visited = set()
        while n not in visited:
            if n == 1:
                return True
            num = [int(x) for x in str(n)]
            visited.add(n)
            n = sum([x**2 for x in num])
        return False

if __name__ == '__main__':
    solution = Solution()
    ans = solution.isHappy(2)
    print(ans)
    ans = solution.isHappy(19)
    print(ans)

问题2:两数之和,给一个数组和一个目标值,找到数组当中两个数,使其加起来等于目标值,返回这两个数的索引。(该题用了 hash map)
例子:
输入: nums = [2, 7, 11, 15],target = 9
输出:[0, 1]
解释:nums[0] + nums[1] = 2 + 7 = 9

class Solution:
    def twoSum(self, nums: list, target: int) -> list:
        hashmap = {}
        for idx, num in enumerate(nums):
            if target - num in hashmap:
                return [hashmap[target - num], idx]
            hashmap[num] = idx
        return False

if __name__ == '__main__':
    nums = [2, 7, 11, 15]
    target = 9
    solution = Solution()
    ans = solution.twoSum(nums,target)
    print(ans)

问题3:列表最小索引和(Minimum Index Sum of Two Lists)。小红和小明去吃饭,两个人都有最喜欢餐厅列表。需要我们从中找出他们共同喜欢并且索引和最小的饭店(假设一定存在),如果有多个,则输出全部。(该题用了 hash map)
例子:
输入:
list1 = ["Shogun", "Tapioca Express", "Burger King", "KFC"]
list2 = ["KFC", "Shogun", "Burger King"]
输出:["Shogun"](虽然KFC也满足要求,但其索引和为3,大于和为1的Shogun)

class Solution:
    def findRestaurant(self, list1: list, list2: list) -> list:
        hashmap = {name: idx for idx, name in enumerate(list1)}
        best, ans = 1e5, []
        for idx, name in enumerate(list2):
            i = hashmap.get(name, 1e5)
            if i + idx < best:
                best = i + idx
                ans = [name]
            elif i + idx == best:
                ans.append(name)
        return ans

if __name__ == '__main__':
    list1 = ["Shogun", "Tapioca Express", "Burger King", "KFC"]
    list2 = ["Piatti", "The Grill at Torrey Pines", "Hungry Hunter Steakhouse", "Shogun"]
    solution = Solution()
    ans = solution.findRestaurant(list1,list2)
    print(ans)

问题4:字符串中第一个唯一字符(First Unique Character in a String)。找到字符串当中第一个有且只有一个的字符,并返回其索引,如果不存在,返回-1。(用了hash set 和 hash map,打出了一套漂亮的组合拳)
例子:
输入:’loveleetcode‘
输出:2 (’v‘在字符串当中有且只有一个,并且其索引最小)

class Solution:
    def firstUniqChar(self, s: str) -> int:
        hashmap = {}
        seen = set()
        for idx, c in enumerate(s):
            if c not in seen:
                seen.add(c)
                hashmap[c] = idx
            elif c in hashmap:
                hashmap.pop(c)

        return min(hashmap.values()) if hashmap else -1

if __name__ == '__main__':
    s='loveleetcode'
    solution = Solution()
    ans = solution.firstUniqChar(s)
    print(ans)

问题5:我擦这个题目名字我真不会翻译(Group Anagrams),给定一个存放字符串的数组,将具有相同字母的字符串(字母以及每个字母个数相同,但不要求位置相同)放入同一个列表当中,并返回。(这个用到了hash map,有一点需要注意,那就是需要自己构造出来一个合适的key,而不是直接用字符串,或者索引等)
例子:
输入: ["eat", "tea", "tan", "ate", "nat", "bat"],
输出:
[["ate","eat","tea"],
["nat","tan"],
["bat"]]

class Solution:
    def groupAnagrams(self, strs: list) -> list:
        hashmap = {}
        for i in strs:
            li = "".join(sorted(i))
            hashmap[li] = hashmap.get(li, []) + [i]
        return list(hashmap.values())

if __name__ == '__main__':
    s=["eat", "tea", "tan", "ate", "nat", "bat"]
    solution = Solution()
    ans = solution.groupAnagrams(s)
    print(ans)

附录:

如何设计hash map 的 key?

  • 当字符串/数组中每个元素的顺序无关紧要时,可以使用排序的字符串/数组作为键。


    1.png
  • 如果你只关心每个值的偏移量(通常是第一个值的偏移量),则可以使用偏移量作为键。


    2.png
  • 在树中,你可能希望有时直接使用TreeNode作为键。 但在大多数情况下,子树的序列化(变成string)可能是一个更好的主意。(见算法:附录 第四题)


    3.png
  • 在矩阵中,更常用行索引或列索引作为键。

  • 在Sudoku中,可以组合行索引和列索引来标识此元素所属的块。(见算法:附录 第三题)(在python3 中 i/3需要改成i//3

    4.png

  • 有时,在矩阵中,可能希望聚合同一对角线中的值来作为键。


    5.png

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