《剑指Offer》专题: 第二期11~20
这里是《剑指Offer》系列文章第二篇，一共十题，内容大约需要90分钟阅读理解。记录书中所有题目的求解方法以及考察点，如果大家有任何疑问，欢迎后台留言，如果有更好的方法或者改进，欢迎投稿或者到github中PR。
注：这里的题目顺序是牛客网中《剑指Offer》默认序，和书中的略有区别。
题目11：二进制中1的个数
输入一个整数，输出该数二进制表示中1的个数。其中负数用补码表示。
# -*- coding:utf-8 -*-
"""
此题考查的是位运算，见方法1和方法2的注释。
"""
class Solution:
def NumberOf1(self, n):
# write code here
"""
#方法1：
count, flag = 0, 0
if n < 0: #对负数取32位，并把最高位变成0，避免 while n 出现死循环
n = n & 0x7fffffff
flag = 1
while n:
n = (n - 1) & n#与的结果是把n的二进制右起第一个1变成0
count += 1 #有多少1就统计多少次
if flag: #如果n是负数 需要增加补码开头的那个1
return count+1
else: #如果n是正数，则正常统计
return count
"""
#方法2：
count = 0
if n < 0: #对负数取32位，就变成是正数了，避免了 while n 出现死循环
n = n & 0xffffffff
while n:
n = (n - 1) & n#与的结果是把n的二进制右起第一个1变成0
count += 1 #有多少1就统计多少次
return count
题目12：数值的整数次方
给定一个double类型的浮点数base和int类型的整数exponent。求base的exponent次方。
# -*- coding:utf-8 -*-
"""
思路：快速降幂
if n是奇数： # if n & 1 == 1,这样比 if n % 2 ==1要快
a^n = a(n/2)*a(n/2)*a
if n是偶数：
a^n = a(n/2)*a(n/2)
注意特殊情况，base == 0；exponent ==0;exponent == -1;后两个递归退出条件
"""
class Solution:
def Power(self, base, exponent):
# write code here
if base == 0: #处理底数为0的情况
return 0
if exponent == 0: #递归终止条件
return 1
if exponent == -1: #当exponent<0，exponent//2最终会是-1，而不是0（因为-1//2 == -1）
return 1/base
temp = self.Power(base,exponent//2)
#快速降幂
if exponent & 1:#n为奇数
return temp*temp*base
else:
return temp*temp
题目13：调整数组顺序使奇数位于偶数前面
输入一个整数数组，实现一个函数来调整该数组中数字的顺序，使得所有的奇数位于数组的前半部分，所有的偶数位于数组的后半部分，并保证奇数和奇数，偶数和偶数之间的相对位置不变。
# -*- coding:utf-8 -*-
"""
方法1：时间复杂度O（n）,空间复杂度O（n）
利用一个新数组copy保存array的值，统计copy中奇数的个数
然后在array前count_odd项保存奇数，后面的保存偶数
方法2：平均/最坏时间复杂度O（nlogn）,最好时间复杂度O（n）,最大空间复杂度O（n/2）
利用python内置函数sort，其内部实现是Timsort
Tim排序是稳定的，能保持相对位置不变，且具有适应性，最佳时间复杂度O(n)
也就是在最好的情况下，时间复杂度和方法1一样，空间复杂度比方法1小一半（虽然同O（n））
其它方法：
例如：冒泡、插入具有稳定性，空间复杂度O（1），但时间复杂度O（n^2）
堆排序具有稳定性，但是时间复杂度O（nlogn）,空间复杂度O（n）,不如方法1和方法2
"""
class Solution:
def reOrderArray(self, array):
# write code here
#方法1
"""
count_odd = 0
copy=[0]*len(array)
for i in range(len(array)):
copy[i] = array[i]
if copy[i] & 1:
count_odd += 1
i, j = 0,count_odd
for ch in copy:
if ch & 1:
array[i] = ch
i += 1
else:
array[j] = ch
j += 1
return array
"""
#方法2：python内置sorted函数（Timsort）
array.sort(key =lambda x: x%2==0)
return array
题目14：链表中倒数第k个结点
输入一个链表，输出该链表中倒数第k个结点。
"""
方法1： Time = O(n), Space = O(1)
先遍历统计表长，记为count；
然后从表头走count - k 步，到达倒数第K个，返回之，当然要注意边界条件
方法2：
两个指针，p2先走K-1步，然后p1和p2一起走，P2到表末，P1到达倒数第K位，返回之
其实和方法1是类似的，时间复杂度相同，空间复杂度也相同。
"""
class Solution:
def FindKthToTail(self, head, k):
# write code here
#方法1：
"""
if not head or k <= 0:#特殊情况
return None
p, q = head, head.next
count = 1
while q: #计算整个表长度
count += 1
q = q.next
if count < k: #如果k大于表长，返回None
return None
else: # 正常情况，则从表头走 count - k 步
i = 1
while i < count-k+1:
p = p.next
i +=1
return p
"""
#方法2：
if head==None or k<=0:
return None
p2=head
p1=head
#p2先走，走k-1步，如果k大于链表长度则返回 空，否则的话继续走
while k>1:
if p2.next!=None:
p2=p2.next
k-=1
else:
return None
#两个指针一起 走，一直到p2为最后一个,p1即为所求
while p2.next!=None:
p1=p1.next
p2=p2.next
return p1
题目15：反转链表
输入一个链表，反转链表后，输出新链表的表头。
"""
反转链表，老生常谈了。
依次摘下原表头，放在新表头p的前面，更新的新表头p
"""
class Solution:
# 返回ListNode
def ReverseList(self, pHead):
# write code here
if not pHead or not pHead.next:
return pHead
p = pHead
q = pHead.next
p.next = None
while q:
temp = q.next
q.next = p
p = q
q = temp
return p
题目16：合并两个排序的链表
输入两个单调递增的链表，输出两个链表合成后的链表，当然我们需要合成后的链表满足单调不减规则。
"""
思路：时间复杂度O（n + m）,空间复杂度O（1），m和n为两表表长
0.鲁棒性代码，判断是否有空链表。
1.创建虚拟表头，dummy，并用一个p结点记录dummy的位置（p.next = dummy）
2.用两个指针分别指向phead1和pHead2的表头，
当两个表都没到表末时，比较两个位置值的大小，小的就放到合成链表后，值小的指针向后移
3.如果有一个指针已经到表末了，那么就把另一个表剩余的结点依次加到合成表后。
4.返回真正的链表头，p.next.next
"""
class Solution:
# 返回合并后列表
def Merge(self, pHead1, pHead2):
# pHead1 或 pHead2为空，鲁棒性代码
if not pHead1:
return pHead2
if not pHead2:
return pHead1
#dummy是新合成链表的假表头，p是dummy的前一结点，是为了记录表头而创建的
#所以p.next.next即为合成的链表的表头结点
dummy = ListNode(0)
p = ListNode(0)
p.next = dummy
#判断两个表中的元素大小，哪个表的值小就把哪个放到合成表后，并指向下一位继续判断
while pHead1 and pHead2:
if pHead1.val <= pHead2.val:
dummy.next = pHead1
dummy = dummy.next
pHead1 = pHead1.next
else:
dummy.next = pHead2
dummy = dummy.next
pHead2 = pHead2.next
#两个链表长度不一致，把其中一个表剩余的部分添加到合成表后
while pHead1:
dummy.next = pHead1
dummy = dummy.next
pHead1 = pHead1.next
while pHead2:
dummy.next = pHead2
dummy = dummy.next
pHead2 = pHead2.next
return p.next.next #返回真正的合成表的表头
题目17：树的子结构
输入两棵二叉树A，B，判断B是不是A的子结构。（ps：我们约定空树不是任意一个树的子结构）
"""
代码主体部分：
首先是判断树A和树B是否是空树，若其中至少一个为空，返回False
其次，判断A和B的根结点是否相同
如果根节点相同，则判断树A、树B 是否相同（这里的判断需要自定义一个函数issame,返回值是True和False）
如果根节点不同，则判断树A的左子树是否包含树B(递归实现)，若是，result == True
若不是，则判断A的右子树是否包含树B（递归实现），若是,result == True
以上过程，若都没有成功判定B是A的子结构，则返回result == 默认值False，否则，result== True
注意：一种先把两棵树遍历，转成字符串，然后判断B树字符串是否在A中，这种做法是错误的（可以举反例）
如：Node(1,Node(2,Null,3),Null) 和 Node(1,2,3)产生的字符串是一样的，但是他们不是一种结构
"""
class Solution:
def HasSubtree(self, pRoot1, pRoot2):
# 判断两棵树是否相同的函数
def issame(tree1,tree2):
if tree2 == None:
return True
if tree1 == None:
return False
if tree1.val != tree2.val:
return False
return issame(tree1.left,tree2.left) and issame(tree1.right,tree2.right)
#主体部分
#鲁棒性代码
if not pRoot1 or not pRoot2:
return False
#返回值，初始化
result = False
if pRoot1.val == pRoot2.val:#若结点值相等，判断两者为根的树是否是相同
result = issame(pRoot1,pRoot2) #result可能为True 或False
if result == False: #如果上面result为False,则递归判断左子树是否包含pRoot2
result = self.HasSubtree(pRoot1.left,pRoot2)
if result == False: #如果上面result为False,则递归判断右子树是否包含pRoot2
result = self.HasSubtree(pRoot1.right,pRoot2)
return result #返回最终的result
题目18：二叉树的镜像
操作给定的二叉树，将其变换为源二叉树的镜像。
"""
镜像就是把每个结点的左右子树交换，因此递归就可以。
"""
class Solution:
# 返回镜像树的根节点
def Mirror(self, root):
# write code here
if not root:
return None
root.left,root.right = root.right, root.left
self.Mirror(root.left)
self.Mirror(root.right)
return root
题目19：顺时针打印矩阵
输入一个矩阵，按照从外向里以顺时针的顺序依次打印出每一个数字，例如，如果输入如下4 X 4矩阵： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 则依次打印出数字1,2,3,4,8,12,16,15,14,13,9,5,6,7,11,10.
# -*- coding:utf-8 -*-
"""
分为两个步骤：
1. 打印一圈
从左到右打印一行（这是一定有的）
当有两行及以上时，存在从上到下打印
当有两行及以上并有两列及以上时，存在从右到左
当有两列并有三行及以上时，存在从下到上打打印
2. 起点进入下一圈，即进入下一个循环
初始几点为(0, 0), 打印一圈后有(1, 1), 再打印一圈为(2, 2)
都存在行数 > 起点 * 2 并且列数 > 起点 * 2
简单来说就是,如果把二维数组等分为四个部分,中点都为中心，那么起点肯定都位于左上部分
根据这个条件可以判断是否还有圈数。
"""
class Solution:
# matrix类型为二维列表，需要返回列表
def printMatrix(self, matrix):
def printMatrixCircle(start):
endRow = rows - 1 - start
endColumn = columns - 1 - start
# 从左到右打印一行
for y in range(start, endColumn + 1):
result.append(matrix[start][y])
# 从上到下打印一列
if endRow > start:
for x in range(start + 1, endRow + 1):
result.append(matrix[x][endColumn])
# 从右到左打印一行
if endColumn > start and endRow > start:
for y in range(endColumn - 1, start - 1, -1):
result.append(matrix[endRow][y])
# 从下到上打印一行
if endRow > start + 1 and endColumn > start:
for x in range(endRow - 1, start, -1):
result.append(matrix[x][start])
# write code here
if not matrix:
return []
columns = len(matrix[0])
rows = len(matrix)
start = 0
result = []
while columns > start * 2 and rows > start * 2:
printMatrixCircle(start)
start += 1
return result
题目20：包含min函数的栈
定义栈的数据结构，请在该类型中实现一个能够得到栈中所含最小元素的min函数（时间复杂度应为O（1））。
# -*- coding:utf-8 -*-
"""
用两个栈，一个栈维护 标准栈
另一个辅助栈用来维护min列表，以保证返回min操作时间是O（1）的
注：push和pop操作需要同时对标准栈和辅助栈操作
"""
class Solution:
def __init__(self):
self.stack = [] # 栈保存值
self.assist = [] #辅助栈保存当前最小值的列表
def push(self, node): #push是O（n）操作，因为有min()函数
min = self.min()
#把当前最小值加入辅助栈
if not min or node < min:
self.assist.append(node)
else:
self.assist.append(min)
self.stack.append(node) #把当前值加入栈
def pop(self): #pop()操作要pop()数据栈，也要pop()辅助栈
if self.stack:
self.assist.pop()
return self.stack.pop()
def top(self):
# write code here
if self.stack:
return self.stack[-1]
def min(self): # 返回辅助栈栈顶元素 O（1）
# write code here
if self.assist:
return self.assist[-1]
《剑指Offer》专题：第二期，感谢您的收藏与转发。
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