《数据结构与算法之美》- 数组

1. 基础

1.1. 定义

数组(Array)是一种线性表数据结构,它用一组连续的内存空间,来存储相同类型的数据。

1.2. 时间复杂度

1.2.1. 查询

当计算给每个内存单元分配一个地址,计算机通过地址来访问数据。

寻址公式如下:

a[i]_address = base_address + i * data_type_size

arr[i] 首地址 = 数组内存块首地址 + 数据类型大小 * i ,其中i为偏移量

base_address:内存块的首地址
data_type_size:数组中每个元素的大小,比如每个元素大小是4个字节

1.2.2. 插入

最好
数组若无序,插入新的元素时,可以将第 k 个位置元素移动到数组末尾,把新的元素,插入到第 k 个位置,此处复杂度为 O(1)

最坏
从数组开头插入数据,所有的数据往后移一位,情况最差,时间复杂度为 O(n)

1.2.3. 删除

最好
数组若无序,删除第 k 个位置元素,第 k 个元素先与最后的元素交换, 然后删除最后一个元素。

最坏
从数组开头删除数据,所有的数据往前移一位,情况最差,时间复杂度为 O(n)

1.2. 注意事项

  • 警惕数组的访问越界问题

2.进阶

2.1. 标记清除思想

将多次删除操作中集中在一起执行,可以先记录已经删除的数据,但是不进行数据迁移,而仅仅是记录,当发现没有更多空间存储时,再执行真正的删除操作,这样减少数据搬移次数节省耗时。

2.2. 数组&容器

使用数组

  • 如果已知数据大小,且涉及的数据操作比较简单。
  • 存储基本类型
  • 追求性能

使用容器

  • 业务开发

2.3. 【思考】为什么数组要从 0 开始编号,而不是1?

  • 历史原因
  • 对于 CPU 从 1 开始的寻址公式 a[i]_address = base_address + (i - 1) * data_type_size,比从 0 开始的寻址公式多了一次减法指令。

3. 练习题

双指针:使用两个相反方向或相同方向的指针扫描数组

  • 【相反方向】求排序数组中的两个数字之和
  • 【相同方向】正数数组中子数组的和或乘积

3.1. 相反方向

6.排序数组中的两个数字之和

  • 解法一:暴力。固定一个数字,再依次判断数组中其余数字与它的和是不是等于 k
  • 解法二:二分查找。固定一个数字 ,另外一个数字用二分法查找 k-i
  • 解法三:空间换时间。所有数字都放入哈希表中 ,扫描到 i,判断哈希中是否存在 k-i
  • 【最优】解决四:双指针-相反方向。左 i,右 j,大于目标数向左移动 j,小于目标数向右移动 i
class Solution {
public:
    vector<int> twoSum(vector<int>& numbers, int target) {
        int i = 0;
        int j = numbers.size() - 1;
        vector<int> ret;
        while (i < j && numbers[i] + numbers[j] != target) {
            if (numbers[i] + numbers[j] > target) {
                j--;
            } else {
                i++;
            }
        }
        ret.push_back(i);
        ret.push_back(j);
        return ret;
    }
};

7.数组中和为0的三个数字

8.和大于或等于 k 的最短子数组

9.乘积小于 k 的子数组

3.2. 相同方向

10.和为 k 的子数组

11.0 和 1 个数相同的子数组

12.左右两边子数组的和相等

13.二维子矩阵的数字之和

4. 参考

05 | 数组:为什么很多编程语言中数组都从0开始编号?

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