算法设计中的基础常用代码

引言

本篇博客旨在记录一些基础算法知识的常见组合用法,以及何时使用需要注意的问题等,长期更新。

为什么要这样总结呢?难道掌握了位运算、常用算法工具API的定义还不够吗?

这是因为某些知识比如 &、 |、 ~、 Math.random 等这些基础知识如果只停留在知识记忆层面还是无法快速运用到算法的解题思路中去,还应该有一套常见组合用法或使用规律

这些组合用法通常并不是算法题的核心考点,但却起到连接算法思想基础知识解题实现的枢纽作用,就好比学习英语时,我们的目的是连词成句,但单词并不是简单的拼凑就可以连成句子,而是需要中间结构——短语、常见搭配、语法、使用场景等多方面的经验知识

如上图所示,光有基础知识层是不够的,如果想获得算法层的能力,必须要总结各种基础知识的常见组合,一旦我们在遇到算法题时,能够快速定位需要的算法组合搭配和小而美的算法思想,最终的算法实现一定能够成功落实。

一、Math.random()的应用

random()方法可以返回 [0, 1)之间的随机数。

围绕这个核心方法,推广到以下一些常用场景,注意,以下范围都是左右闭区间,如果是右开区间,需要考虑清楚是否要 +1:

1、得到 [0, range] 范围内的一个int数?

(int) (Math.random() * ( range + 1))

2、得到 [1, range] 范围内的一个int数?

(int) (Math.random() * range) + 1

3、万能公式:min和max都是正整数,返回 [min, max] 范围内的一个 int数?

(int) (Math.random() * (max - min + 1)) + min

4、max 是一个正整数,返回[-max, max]范围内的一个int数?

(int) (Math.random() * (max + 1)) - (int) (Math.random() * (max + 1))

二、位运算的应用

&1 和 &0

在位运算中,&1用来保留原数,&0用来清除原数。例如,5(二进制:101),如何将其二进制位放入int[] 数组?或依次取得每个bit位上的值?

对于一个int型整数来说,其二进制长度是32bit,因此可以初始化一个空的int[32]数组,然后循环数组下标 i,然后逐位&1:

    public static int[] getBits(int num) {int[] bits = new int[32];for (int i = 0; i < bits.length; i++) {bits[i] = (num >> i) & 1;}return bits;}

这样,移位后再&1就可以得到 i 位置上的二进制数。

有时候需要将多个数按位累加,bits[i] += (num >> i) & 1。这通常在词频统计的时候非常有用。

又比如,如何取某整数二进制位最右1?例如,12,二进制1100,取最右1,即100。方法是 num & ((~num) + 1),另外 (~num) + 1 也等于 -num。

    public static int getMostRightOne(int num) {return num & ((~num) + 1);}

|1 

在位运算中,|1通常用来设值,|0通常用来保留原数

比如,按位设值,假如我们知道了某个数二进制位有值条件,那么就可以使用 |1的方法,将1逐位放入:

int num = 0;
for(int i = 0; i < 32; i++) {if (该位有值的case) {num |= (1 << i);}
}
return num;

^ 异或运算

异或运算可以很好的规避某些额外空间消耗的问题,例如两数调换(注意,对于数组两数调换,切记不可将相同位置调换,a[i]、a[j] 调换的话,一定不能让 i 和 j 相等!),词频统计等,具体查看《异或运算的应用》,牢记以下几点异或的特性:

特性1:0 ^ N = N

特性2:N ^ N = 0

特性3(交换律):a ^ b = b ^ a

特性4(结合律):(a ^ b) ^ c = a ^ (b ^ c)

特性3 和 4总结起来,就是同一批数,不论使用怎样的顺序,怎样的结合方式进行异或,其结果始终一样。

三、Arrays.copyOf(org, len)

拷贝一个原始数组 org,从0开始,长度是 len。该方法通常用作测试程序,生成一个对照数组。

 

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