11.前缀和、异或前缀和、差分数组练习题

前缀和

前缀和可以用来求满足条件的子数组的和、个数、长度

更多前缀和题目:

  • 560. 和为 K 的子数组

  • 974. 和可被 K 整除的子数组

  • 1590. 使数组和能被 P 整除

  • 523. 连续的子数组和

  • 525. 连续数组


560. 和为 K 的子数组

中等

给你一个整数数组 nums 和一个整数 k ,请你统计并返回 该数组中和为 k 的子数组的个数

子数组是数组中元素的连续非空序列。

示例 1:

输入:nums = [1,1,1], k = 2
输出:2

示例 2:

输入:nums = [1,2,3], k = 3
输出:2

提示:

  • 1 <= nums.length <= 2 * 104
  • -1000 <= nums[i] <= 1000
  • -107 <= k <= 107

异或前缀和

参考:一步步优化!从前缀和到前缀异或和(附题单!)

https://leetcode.cn/problems/can-make-palindrome-from-substring/solution/yi-bu-bu-you-hua-cong-qian-zhui-he-dao-q-yh5p/

  • 1371. 每个元音包含偶数次的最长子字符串
  • 1542. 找出最长的超赞子字符串
  • 1915. 最美子字符串的数目,题解

1177. 构建回文串检测【学习模板题】

难度中等113

给你一个字符串 s,请你对 s 的子串进行检测。

每次检测,待检子串都可以表示为 queries[i] = [left, right, k]。我们可以 重新排列 子串 s[left], ..., s[right],并从中选择 最多 k 项替换成任何小写英文字母。

如果在上述检测过程中,子串可以变成回文形式的字符串,那么检测结果为 true,否则结果为 false

返回答案数组 answer[],其中 answer[i] 是第 i 个待检子串 queries[i] 的检测结果。

注意:在替换时,子串中的每个字母都必须作为 独立的 项进行计数,也就是说,如果 s[left..right] = "aaa"k = 2,我们只能替换其中的两个字母。(另外,任何检测都不会修改原始字符串 s,可以认为每次检测都是独立的)

示例:

输入:s = "abcda", queries = [[3,3,0],[1,2,0],[0,3,1],[0,3,2],[0,4,1]]
输出:[true,false,false,true,true]
解释:
queries[0] : 子串 = "d",回文。
queries[1] : 子串 = "bc",不是回文。
queries[2] : 子串 = "abcd",只替换 1 个字符是变不成回文串的。
queries[3] : 子串 = "abcd",可以变成回文的 "abba"。 也可以变成 "baab",先重新排序变成 "bacd",然后把 "cd" 替换为 "ab"。
queries[4] : 子串 = "abcda",可以变成回文的 "abcba"。

提示:

  • 1 <= s.length, queries.length <= 10^5
  • 0 <= queries[i][0] <= queries[i][1] < s.length
  • 0 <= queries[i][2] <= s.length
  • s 中只有小写英文字母

一步步优化,从前缀和到异或前缀和(0x3f)

暴力(超时)

对每一次询问,都去统计字符出现次数,然后统计奇数个字符的个数进行答案比较(超时)

class Solution {public List<Boolean> canMakePaliQueries(String s, int[][] queries) {List<Boolean> ans = new ArrayList<>();char[] arr = s.toCharArray();for (int[] q : queries) {int left = q[0], right = q[1], k = q[2];if(left == right){ans.add(true);continue;}int[] cnt = new int[26];int diff = 0;for (int i = left; i <= right; i++) {cnt[arr[i] - 'a'] += 1;if (cnt[arr[i] - 'a'] == 2) {diff -= 1;cnt[arr[i] - 'a'] = 0;} elsediff += 1;}if (diff / 2 <= k) // 一共又diff个不同字符,需要修改diff/2个字符变成回文串ans.add(true);elseans.add(false);}return ans;}
}

最后要解决的问题是,如何快速求出子串中每种字母的个数?

可以创建 26 个前缀和数组,分别统计每种字母。以字母 a 为例,在计算前缀和时,如果 s[i]=a 就视作 1,否则视作 0

一、前缀和(优化前)

https://leetcode.cn/problems/can-make-palindrome-from-substring/solution/yi-bu-bu-you-hua-cong-qian-zhui-he-dao-q-yh5p/

算法(优化前)

1.预处理 s 的长为 i 的前缀中,每种字母各出现多少次。为方便后续优化,这里用 n x 26 的二维数组 sum 存储前缀和,其中 sum[i + 1][j] 表示从 s[0]s[i] 中,字母表的第 j 个小写字母的出现次数。

2.对于 queries[i] ,利用前缀和计算出每种字母出现次数,统计有多少种字母出现奇数次,设为 m。如果 m/2 <= k ,那么 answer[i] 为真,反之为假

class Solution {public List<Boolean> canMakePaliQueries(String s, int[][] queries) {int n = s.length();int[][] sum = new int[n+1][26];for(int i = 0; i < n; i++){sum[i+1] = sum[i].clone();sum[i+1][s.charAt(i) - 'a']++;} List<Boolean> ans = new ArrayList<Boolean>(queries.length); // 预分配空间for(int[] q : queries){int left = q[0], right = q[1], k = q[2];int m = 0;for(int j = 0; j < 26; j++){m += (sum[right+1][j] - sum[left][j]) % 2; // 奇数+1,偶数+0}ans.add(m / 2 <= k);}return ans;}
}

二、异或前缀和(一步步优化)

由于只关心每种字母出现次数的奇偶性,所以不需要在前缀和中存储每种字母的出现次数,只需要保存每种字母出现次数的奇偶性。

为方便计算,用 0 表示出现偶数次,用 1 表示出现奇数次。

注意只有奇数减偶数,或者偶数减奇数,才能得到奇数。所以如果相减的结果不为 0(或者说相减的两个数不相等),就表示出现了奇数次。

class Solution {public List<Boolean> canMakePaliQueries(String s, int[][] queries) {int n = s.length();int[][] sum = new int[n+1][26];for(int i = 0; i < n; i++){sum[i+1] = sum[i].clone();sum[i+1][s.charAt(i) - 'a']++;sum[i+1][s.charAt(i) - 'a'] %= 2; // 偶数是0} List<Boolean> ans = new ArrayList<Boolean>(queries.length); // 预分配空间for(int[] q : queries){int left = q[0], right = q[1], k = q[2];int m = 0;for(int j = 0; j < 26; j++)m += (sum[right+1][j] != sum[left][j] ? 1 : 0);ans.add(m / 2 <= k);}return ans;}
}

由于异或运算满足 1 和 0 的结果是 1,而 0 和 0,以及 1 和 1 的结果都是 0,所以可以用异或替换上面的减法。

class Solution {public List<Boolean> canMakePaliQueries(String s, int[][] queries) {int n = s.length();int[][] sum = new int[n+1][26];for(int i = 0; i < n; i++){sum[i+1] = sum[i].clone();sum[i+1][s.charAt(i) - 'a'] ^= 1; // 奇数变偶数,偶数变奇数} List<Boolean> ans = new ArrayList<Boolean>(queries.length); // 预分配空间for(int[] q : queries){int left = q[0], right = q[1], k = q[2];int m = 0;for(int j = 0; j < 26; j++)m += sum[right+1][j] ^ sum[left][j];ans.add(m / 2 <= k);}return ans;}
}

三、异或前缀和 + 状态压缩

由于长为 26 的数组中只存储 0 和 1,可以压缩到一个二进制数中,二进制数从低到高第 i 个比特存储着 0 和 1 的信息。

例如二进制 10010 表示 b 和 e 出现奇数次,其余字母出现偶数次。

在计算前缀和时(准确地说是异或前缀和):

  • 修改 a 出现次数的奇偶性,可以异或二进制 1;
  • 修改 b 出现次数的奇偶性,可以异或二进制 10;
  • 修改 c 出现次数的奇偶性,可以异或二进制 100;
  • 依此类推。

此外,由于异或可以「并行计算」,对前缀和中的两个二进制数直接异或,便得到了子串中每种字母出现次数的奇偶性。再计算这个二进制数中的 1 的个数,便得到了 m。

例如 10010⊕01110=11100,说明有 3 种字母出现奇数次。

class Solution {public List<Boolean> canMakePaliQueries(String s, int[][] queries) {int n = s.length();int[] sum = new int[n+1];for(int i = 0; i < n; i++){int bit = 1 << (s.charAt(i) - 'a');sum[i+1] = sum[i] ^ bit;  // 该比特对应字母的奇偶性:奇数变偶数,偶数变奇数} List<Boolean> ans = new ArrayList<Boolean>(queries.length); // 预分配空间for(int[] q : queries){int left = q[0], right = q[1], k = q[2];int m = Integer.bitCount(sum[right+1] ^ sum[left]);ans.add(m / 2 <= k);}return ans;}
}

:怎么想到异或的?

:异或可以视作「不进位加法(减法)」或者「模 2 剩余系中的加法(减法)」,所以也常常用来解决一些和奇偶性有关的问题。

相似题目(前缀和+异或)

  • 1371. 每个元音包含偶数次的最长子字符串
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1371. 每个元音包含偶数次的最长子字符串

中等

给你一个字符串 s ,请你返回满足以下条件的最长子字符串的长度:每个元音字母,即 ‘a’,‘e’,‘i’,‘o’,‘u’ ,在子字符串中都恰好出现了偶数次。

示例 1:

输入:s = "eleetminicoworoep"
输出:13
解释:最长子字符串是 "leetminicowor" ,它包含 e,i,o 各 2 个,以及 0 个 a,u 。

示例 2:

输入:s = "leetcodeisgreat"
输出:5
解释:最长子字符串是 "leetc" ,其中包含 2 个 e 。

示例 3:

输入:s = "bcbcbc"
输出:6
解释:这个示例中,字符串 "bcbcbc" 本身就是最长的,因为所有的元音 a,e,i,o,u 都出现了 0 次。

提示:

  • 1 <= s.length <= 5 x 10^5
  • s 只包含小写英文字母。
class Solution {public int findTheLongestSubstring(String s) {int n = s.length();// 用 bit位 标识对应字母奇偶性// sum[i] 标识 s[0:i) 的子串中每种字母出现次数的奇偶性int[] sum = new int[n+1];for(int i = 0; i < n; i++){int bit = 0;// 每个元音字母,即 'a','e','i','o','u' ,在子字符串中都恰好出现了偶数次。if(check(s.charAt(i)))bit = 1 << (s.charAt(i) - 'a');sum[i+1] = sum[i] ^ bit; }int res = 0;// 问题化为两数之和  a ^ b = 0Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();for(int i = 0; i <= n; i++){// 注意求最长串长度,map中只保存sum第一次出现位置if(map.containsKey(sum[i]))res = Math.max(res, i - map.get(sum[i]));elsemap.put(sum[i], i);}return res;}public boolean check(Character c){return c == 'a' || c == 'e' || c == 'i' || c == 'o' || c == 'u';}
}

1542. 找出最长的超赞子字符串

困难

给你一个字符串 s 。请返回 s 中最长的 超赞子字符串 的长度。

「超赞子字符串」需满足满足下述两个条件:

  • 该字符串是 s 的一个非空子字符串
  • 进行任意次数的字符交换后,该字符串可以变成一个回文字符串

示例 1:

输入:s = "3242415"
输出:5
解释:"24241" 是最长的超赞子字符串,交换其中的字符后,可以得到回文 "24142"

示例 2:

输入:s = "12345678"
输出:1

示例 3:

输入:s = "213123"
输出:6
解释:"213123" 是最长的超赞子字符串,交换其中的字符后,可以得到回文 "231132"

示例 4:

输入:s = "00"
输出:2

提示:

  • 1 <= s.length <= 10^5
  • s 仅由数字组成
class Solution {/**进行任意次数的字符交换后,该字符串可以变成一个回文字符串 ==> 字符串「不同字符出现次数」为奇数的个数 <= 1*/public int longestAwesome(String s) {int n = s.length();int[] sum = new int[n+1];for(int i = 0; i < n; i++){int bit = 1 << (s.charAt(i) - '0');sum[i+1] = sum[i] ^ bit;}int res = 0;// 问题转化为两数之和 // a ^ b = 1 / 10 / 100 / 1000...Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();for(int i = 0; i <= n; i++){// 字符串「不同字符出现次数」为奇数的个数 = 0if(map.containsKey(sum[i]))res = Math.max(res, i - map.get(sum[i]));// 字符串「不同字符出现次数」为奇数的个数 = 1for(int j = 0; j < 10; j++){int target = (1 << j);// a ^ b == target ==> a = target ^ bif(map.containsKey(target ^ sum[i]))res = Math.max(res, i - map.get(target ^ sum[i]));}// 注意求最长串长度,map中只保存sum第一次出现位置if(!map.containsKey(sum[i]))map.put(sum[i], i);}return res;}
}

1915. 最美子字符串的数目

中等

如果某个字符串中 至多一个 字母出现 奇数 次,则称其为 最美 字符串。

  • 例如,"ccjjc""abab" 都是最美字符串,但 "ab" 不是。

给你一个字符串 word ,该字符串由前十个小写英文字母组成('a''j')。请你返回 word最美非空子字符串 的数目*。如果同样的子字符串在 word 中出现多次,那么应当对 每次出现 分别计数。*

子字符串 是字符串中的一个连续字符序列。

示例 1:

输入:word = "aba"
输出:4
解释:4 个最美子字符串如下所示:
- "aba" -> "a"
- "aba" -> "b"
- "aba" -> "a"
- "aba" -> "aba"

示例 2:

输入:word = "aabb"
输出:9
解释:9 个最美子字符串如下所示:
- "aabb" -> "a"
- "aabb" -> "aa"
- "aabb" -> "aab"
- "aabb" -> "aabb"
- "aabb" -> "a"
- "aabb" -> "abb"
- "aabb" -> "b"
- "aabb" -> "bb"
- "aabb" -> "b"

示例 3:

输入:word = "he"
输出:2
解释:2 个最美子字符串如下所示:
- "he" -> "h"
- "he" -> "e"

提示:

  • 1 <= word.length <= 105
  • word 由从 'a''j' 的小写英文字母组成
class Solution {public long wonderfulSubstrings(String word) {int n = word.length();int[] sum = new int[n+1];for(int i = 0; i < n; i++){int bit = (1 << (word.charAt(i) - 'a'));sum[i+1] = sum[i] ^ bit;}long res = 0;Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();// 某个字符串中 至多一个 字母出现 奇数 次for(int i = 0; i <= n; i++){if(map.containsKey(sum[i]))res += map.get(sum[i]);for(int j = 0; j < 11; j++){int target = (1 << j);if(map.containsKey(target ^ sum[i]))res += map.get(target ^ sum[i]);}map.merge(sum[i], 1, Integer::sum);}return res;}
}

差分数组

2772. 使数组中的所有元素都等于零

难度中等10

给你一个下标从 0 开始的整数数组 nums 和一个正整数 k

你可以对数组执行下述操作 任意次

  • 从数组中选出长度为 k任一 子数组,并将子数组中每个元素都 减去 1

如果你可以使数组中的所有元素都等于 0 ,返回 true ;否则,返回 false

子数组 是数组中的一个非空连续元素序列。

示例 1:

输入:nums = [2,2,3,1,1,0], k = 3
输出:true
解释:可以执行下述操作:
- 选出子数组 [2,2,3] ,执行操作后,数组变为 nums = [1,1,2,1,1,0] 。
- 选出子数组 [2,1,1] ,执行操作后,数组变为 nums = [1,1,1,0,0,0] 。
- 选出子数组 [1,1,1] ,执行操作后,数组变为 nums = [0,0,0,0,0,0] 。

示例 2:

输入:nums = [1,3,1,1], k = 2
输出:false
解释:无法使数组中的所有元素等于 0 。

提示:

  • 1 <= k <= nums.length <= 105
  • 0 <= nums[i] <= 106

差分

class Solution {public boolean checkArray(int[] nums, int k) {int n = nums.length;int[] diff = new int[n + 1]; // 差分数组int s = 0; // 第 i 位被减的次数(<0,或者说差分数组当前值 i)for(int i = 0; i < nums.length; i++){s += diff[i]; // 累加标记,获得差分数组当前值(被减的次数< 0)nums[i] = nums[i] + s; // 将当前位减去 操作次数if(nums[i] < 0) return false;if(nums[i] > 0){ // 还需要减掉 nums[i],使得nums[i] = 0if(i + k > n) { // 表示无法操作区间为k的子数组了return false;}s -= nums[i]; // diff[i] -= nums[i],由于不会遍历diff[i]了,所以直接将影响放在s上diff[i+k] += nums[i]; // 只操作i+k的区间,恢复}}return true;}
}

可能变一下s的意思更好理解

class Solution {public boolean checkArray(int[] nums, int k) {int n = nums.length;int[] diff = new int[n+1];int s = 0; // 定义s表示 第i位被减去的次数(>0,操作的次数)for(int i = 0; i < n; i++){// 恢复第 i 位的值s += diff[i];nums[i] -= s; // 将第 i 位减去操作次数sif(nums[i] < 0) return false;if(nums[i] > 0){if(i+k > n) return false;// 区间再减去nums[i](diff[i] -= nums[i] and diff[i+k] -= nums[i])s += nums[i]; diff[i+k] -= nums[i]; }}return true;}
}

2528. 最大化城市的最小供电站数目

难度困难28

给你一个下标从 0 开始长度为 n 的整数数组 stations ,其中 stations[i] 表示第 i 座城市的供电站数目。

每个供电站可以在一定 范围 内给所有城市提供电力。换句话说,如果给定的范围是 r ,在城市 i 处的供电站可以给所有满足 |i - j| <= r0 <= i, j <= n - 1 的城市 j 供电。

  • |x| 表示 x绝对值 。比方说,|7 - 5| = 2|3 - 10| = 7

一座城市的 电量 是所有能给它供电的供电站数目。

政府批准了可以额外建造 k 座供电站,你需要决定这些供电站分别应该建在哪里,这些供电站与已经存在的供电站有相同的供电范围。

给你两个整数 rk ,如果以最优策略建造额外的发电站,返回所有城市中,最小供电站数目的最大值是多少。

k 座供电站可以建在多个城市。

示例 1:

输入:stations = [1,2,4,5,0], r = 1, k = 2
输出:5
解释:
最优方案之一是把 2 座供电站都建在城市 1 。
每座城市的供电站数目分别为 [1,4,4,5,0] 。
- 城市 0 的供电站数目为 1 + 4 = 5 。
- 城市 1 的供电站数目为 1 + 4 + 4 = 9 。
- 城市 2 的供电站数目为 4 + 4 + 5 = 13 。
- 城市 3 的供电站数目为 5 + 4 = 9 。
- 城市 4 的供电站数目为 5 + 0 = 5 。
供电站数目最少是 5 。
无法得到更优解,所以我们返回 5 。

示例 2:

输入:stations = [4,4,4,4], r = 0, k = 3
输出:4
解释:
无论如何安排,总有一座城市的供电站数目是 4 ,所以最优解是 4 。

提示:

  • n == stations.length
  • 1 <= n <= 105
  • 0 <= stations[i] <= 105
  • 0 <= r <= n - 1
  • 0 <= k <= 109
class Solution {public long maxPower(int[] stations, int r, int k) {long left = 0, right = (long)1e15;while (left < right) {long mid = (left + right + 1) >> 1;if (!check(stations, r, k, mid))right = mid - 1;elseleft = mid;}return right;}// 将 i 位置供电站stations[i] 化为 区间[i-r, i+r] 的供电站数量,使用差分数组来维护区间更新后的值// 查看在 至多增加k个供电站 的条件下,每个城市最小供电站数目能否>=mnpower// 特别的,从左往右遍历,当 i-r 位置城市供电站数目 < mnpower时,则需要在 r位置 建造供电站public boolean check(int[] stations, int r, int k, long mnpower) {int n = stations.length;long cnt = 0; // 额外建造供电站的数量long[] diff = new long[n + r + 1];for (int i = 0; i < r; i++) {diff[0] += stations[i];diff[i + r + 1] -= stations[i];}long s = 0; // 差分数组的当前值(第 i-r 位置上供电站的数目)for (int i = r; i < n + r; i++) {if (i < n) {diff[i - r] += stations[i];diff[i + r + 1] -= stations[i];}s += diff[i - r]; // 恢复 i-r 位置供电站数量if (s < mnpower) {long add = mnpower - s;cnt += add;if (cnt > k)return false;s += add;if (i < n)diff[i + r + 1] -= add;}}return true;}
}

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随着汽车智能化加速&#xff0c;智能驾驶芯片格局逐渐清晰。 针对L0-L2&#xff0c;业内基本采用智能前视一体机方案&#xff1b;要实现高速NOA、城市NOA等更为高阶的智驾功能等&#xff0c;则基本采用域控制器方案。从前视一体机至域控&#xff0c;再逐步演进到舱驾一体、中央…

python基于DETR(DEtection TRansformer)开发构建钢铁产业产品智能自动化检测识别系统

在前文中我们基于经典的YOLOv5开发构建了钢铁产业产品智能自动化检测识别系统&#xff0c;这里本文的主要目的是想要实践应用DETR这一端到端的检测模型来开发构建钢铁产业产品智能自动化检测识别系统。 DETR (DEtection TRansformer) 是一种基于Transformer架构的端到端目标检…

springboot项目修改项目名称

参考该文章正确修改项目名称&#xff1a;SpringBoot项目怎么重命名_springboot修改项目名称-CSDN博客

【Lodash】 Filter 与Map 的结合使用

用Filter过滤数据之后&#xff0c;想给某个字段重新赋值 在使用 filter() 方法过滤数据后&#xff0c;如果你想给某个字段赋值&#xff0c;你可以使用 map() 方法来修改数组中的元素。map() 方法可以对数组中的每个元素应用一个函数&#xff0c;并返回一个新的数组。 以下是一…

【Django使用】10大章31模块md文档,第5篇:Django模板和数据库使用

当你考虑开发现代化、高效且可扩展的网站和Web应用时&#xff0c;Django是一个强大的选择。Django是一个流行的开源Python Web框架&#xff0c;它提供了一个坚实的基础&#xff0c;帮助开发者快速构建功能丰富且高度定制的Web应用 全套Django笔记直接地址&#xff1a; 请移步这…

外汇天眼:多名投资者账户被恶意清空,远离volofinance!

最近&#xff0c;外汇平台volofinance因有多名投资者投诉&#xff0c;“荣幸”成为外汇天眼黑平台榜单中的一员&#xff0c;那么volofinance到底做了什么导致投资者前来投诉曝光呢&#xff1f; 起底volofinace 在网络搜索中&#xff0c;关于volofinance的信息少之又少&#xf…

成为AI产品经理——模型评估指标

目录 一、模型评估分类 1.在线评估 2.离线评估 二、离线模型评估 1.特征评估 ① 特征自身稳定性 ② 特征来源稳定性 ③ 特征成本 2.模型评估 ① 统计性评估 覆盖度 最大值、最小值 分布形态 ② 模型性能指标 分类问题 回归问题 ③ 模型的稳定性 模型评估指标分…

配置mvn打包参数,不同环境使用不同的配置文件

方法一&#xff1a; 首先在/resource目录下创建各自环境的配置 要在不同的环境中使用不同的配置文件进行Maven打包&#xff0c;可以使用Maven的profiles特性和资源过滤功能。下面是配置Maven打包参数的步骤&#xff1a; 在项目的pom.xml文件中&#xff0c;添加profiles配置…