LeetCode 周賽 335，純純手速場！

語言: CN / TW / HK
時間 2023-03-06 11:15:23

theme: jzman

大家好，我是小彭。

昨晚是 LeetCode 第 335 場周賽，你參加了嗎？這場周賽整體難度不高，有兩道模板題，第三題和第四題應該調換一下位置。

2582. 遞枕頭（Easy）

題目地址

http://leetcode.cn/problems/pass-the-pillow/

題目描述

n 個人站成一排，按從 1 到 n 編號。

最初，排在隊首的第一個人拿著一個枕頭。每秒鐘，拿著枕頭的人會將枕頭傳遞給隊伍中的下一個人。一旦枕頭到達隊首或隊尾，傳遞方向就會改變，隊伍會繼續沿相反方向傳遞枕頭。

  • 例如，當枕頭到達第 n 個人時，TA 會將枕頭傳遞給第 n - 1 個人，然後傳遞給第 n - 2 個人，依此類推。

給你兩個正整數 n 和 time ，返回 t

題解一（模擬）

簡單模擬題。

kotlin class Solution { fun passThePillow(n: Int, time: Int): Int { var index = 1 var flag = true for (count in 0 until time) { if (flag) { if (++index == n) flag = !flag } else { if (--index == 1) flag = !flag } } return index } }

複雜度分析：

  • 時間複雜度：$O(time)$
  • 空間複雜度：$O(1)$

題解二（數學）

以 n = 4 為例，顯然每 n - 1 次傳遞為一輪，則有 time % (n - 1) 分辨出奇數輪 / 偶數輪。其中偶數輪是正向傳遞，奇數輪是逆向傳遞。

  • 偶數輪：2 → 3 → 4，time = 1 時傳遞到 2 號；
  • 奇數輪：3 → 2 → 1。
  • …

kotlin class Solution { fun passThePillow(n: Int, time: Int): Int { val mod = n - 1 return if (time / mod % 2 == 0) { (time % mod) + 1 } else { n - (time % mod) } } }

複雜度分析：

  • 時間複雜度：$O(1)$
  • 空間複雜度：$O(1)$

2583. 二叉樹中的第 K 大層和（Medium）

題目地址

http://leetcode.cn/problems/kth-largest-sum-in-a-binary-tree/

題目描述

給你一棵二叉樹的根節點 root 和一個正整數 k 。

樹中的 層和 是指 同一層 上節點值的總和。

返回樹中第 k 大的層和（不一定不同）。如果樹少於 k 層，則返回 -1 。

注意，如果兩個節點與根節點的距離相同，則認為它們在同一層。

題解（BFS + 堆）

BFS 模板題，使用小頂堆記錄最大的 k 個數。

```kotlin class Solution { fun kthLargestLevelSum(root: TreeNode?, k: Int): Long { if (null == root) return 0L val heap = PriorityQueue()

    // BFS
    val queue = LinkedList<TreeNode>()
    queue.offer(root)
    while (!queue.isEmpty()) {
        var levelSum = 0L
        for (count in 0 until queue.size) {
            val node = queue.poll()
            levelSum += node.`val`
            if (null != node.left) {
                queue.offer(node.left)
            }
            if (null != node.right) {
                queue.offer(node.right)
            }
        }
        if (heap.size < k) {
            heap.offer(levelSum)
        } else if (heap.peek() < levelSum) {
            heap.poll()
            heap.offer(levelSum)
        }
    }

    return if (heap.size >= k) heap.peek() else -1L
}

} ```

複雜度分析：

  • 時間複雜度：$O(nlgk)$ 其中 $n$ 是節點數。二叉樹每個節點最多入隊一次，二叉樹最大有 $n$ 層，小頂堆維護 $k$ 個數的時間複雜度為 $O(nlgk)$；
  • 空間複雜度：$O(n)$ 小頂堆空間 $O(k)$，遞迴棧空間最大 $O(n)$。

2584. 分割陣列使乘積互質（Medium）

題目地址

http://leetcode.cn/problems/split-the-array-to-make-coprime-products/

題目描述

給你一個長度為 n 的整數陣列 nums ，下標從 0 開始。

如果在下標 i 處 分割 陣列，其中 0 <= i <= n - 2 ，使前 i + 1 個元素的乘積和剩餘元素的乘積互質，則認為該分割 有效 。

  • 例如，如果 nums = [2, 3, 3] ，那麼在下標 i = 0 處的分割有效，因為 2 和 9 互質，而在下標 i = 1 處的分割無效，因為 6 和 3 不互質。在下標 i = 2 處的分割也無效，因為 i == n - 1 。

返回可以有效分割陣列的最小下標 i ，如果不存在有效分割，則返回 -1 。

當且僅當 gcd(val1, val2) == 1 成立時，val1 和 val2 這兩個值才是互質的，其中 gcd(val1, val2) 表示 val1 和 val2 的最大公約數。

題解（質因子分解）

這道題是這場周賽中最複雜的題目，應該放在 T4。

因為多個數相乘的結果會溢位（如果題目中存在 0 還會干擾），所以這道題不能用前後綴分解的思路。 比較容易想到的思路是做質因子分解：顯然合法分割數點的左右兩邊不能有公共質因子，否則子集的乘積必然是非互質的。

舉個例子，在陣列 [1, 2, 3, 2, 5] 中，將質因子 2 劃分到不同子集的方案是錯誤的：

  • [1 | 2, 3, 2, 5]：錯誤分割
  • [1 , 2 | 3, 2, 5]：正確分割
  • [1 , 2, 3 | 2, 5]：正確分割
  • [1 , 2, 3, 2 | 5]：錯誤分割

腦海中有閃現過狀態壓縮，但題目輸入資料較大無法實現，只能有散列表記錄質因子資訊。因此我們的演算法是：先對 nums 陣列中的每個元素做質因數分解，然後列舉所有分割點，統計左右子集中質因子的出現次數。如果出現同一個質因子再左右子集中的出現次數同時大於 1，說明分割點不成立。

kotlin class Solution { fun findValidSplit(nums: IntArray): Int { val n = nums.size // 質因子計數 val leftCount = HashMap<Int, Int>() val rightCount = HashMap<Int, Int>() // 質因子分解 val primeMap = HashMap<Int, HashSet<Int>>() for (num in nums) { // 對 num 做質因數分解 primeMap[num] = HashSet<Int>() var x = num var prime = 2 while (prime * prime <= x) { if (x % prime == 0) { // 發現質因子 primeMap[num]!!.add(prime) rightCount[prime] = rightCount.getOrDefault(prime, 0) + 1 // 消除所有 prime 因子 while (x % prime == 0) x /= prime } prime++ } if(x > 1) { // 剩下的質因子 primeMap[num]!!.add(x) rightCount[x] = rightCount.getOrDefault(x, 0) + 1 } } // 列舉分割點 outer@ for (index in 0..n - 2) { for (prime in primeMap[nums[index]]!!) { leftCount[prime] = leftCount.getOrDefault(prime, 0) + 1 rightCount[prime] = rightCount[prime]!! - 1 } for ((prime, count) in leftCount) { if (rightCount[prime]!! != 0) continue@outer } return index } return -1 } }

複雜度分析：

  • 時間複雜度：$O(n\sqrt{U}+n·m)$ 其中 $n$ 是 $nums$ 陣列的長度，U 是陣列元素的最大值，$m$ 是 $U$ 範圍內的質數個數 $\frac{U}{logU}$ 。時間複雜度分為兩部分，質因數分解佔用 $O(n\sqrt{U})$，列舉分割點的每輪迴圈需要列舉所有質數，佔用 $O(n·m)$；
  • 空間複雜度：$O(n·m + m)$ 質因子分解對映表和計數表。

題解二（質因數分解 + 合併區間）

思路來源：靈茶山艾符的題解

統計每種質因子在陣列中出現的起始位置 left 和終止位置 right，如果分割點位於 [left, right) 區間，那麼左右兩子集一定會存在公共質因子。

因此我們的演算法是：將質數的分佈看成一個連續區間，按照區間起始位置對所有區間排序。遍歷區間並維護最大區間終止位置 preEnd，如果當前區間與 preEnd 不連續，則說明以當前位置為分割點的方案不會拆分割槽間，也就找到目標答案。

如果按照這個思路理解，這道題本質上和 55. 跳躍遊戲 類似。

kotlin class Solution { fun findValidSplit(nums: IntArray): Int { // 質因子區間 <首次出現位置，末次出現位置> val primeMap = HashMap<Int, IntArray>() // 質因數分解 for ((index, num) in nums.withIndex()) { // 對 num 做質因數分解 var x = num var prime = 2 while (prime * prime <= x) { if (x % prime == 0) { // 發現質因子 primeMap.getOrPut(prime) { intArrayOf(index, index) }[1] = index // 消除所有 prime 因子 while (x % prime == 0) x /= prime } prime++ } if (x > 1) { // 剩下的質因子 primeMap.getOrPut(x) { intArrayOf(index, index) }[1] = index } } // 區間排序 val areaList = primeMap.values.toMutableList() Collections.sort(areaList) { e1, e2 -> e1[0] - e2[0] } // 列舉區間 var preEnd = 0 for (area in areaList) { if (area[0] > preEnd) return area[0] - 1 preEnd = Math.max(preEnd, area[1]) } return -1 } }

複雜度分析：

  • 時間複雜度：$O(n\sqrt{U}+mlgm+m)$ 質因數分解時間 $O(n\sqrt{U})$，排序時間 $O(mlgm)$，列舉區間時間 $O(m)$；
  • 空間複雜度：$O(m + lgm)$ 質因子區間陣列佔用 $O(m)$，排序遞迴棧空間 $O(lgm)$。

題解三（合併區間 + 排序優化）

題解二中的排序時間可以優化。

由於我們是從前往後分解 nums 陣列，每分解一個質因子 prime 時，它一定可以更新該質數區間的末次出現位置。所以我們不用等到最後再做一次區間排序，直接在做質因數分解時維護 preEnd。在題解二中，我們是從區間的維度維護 preEnd，現在我們直接從 nums 陣列的維度維護 preEnd。

kotlin class Solution { fun findValidSplit(nums: IntArray): Int { val n = nums.size // start[p] 表示質數 p 首次出現為止 val start = HashMap<Int, Int>() // end[i] 表示以 i 為左端點的區間的最大右端點 val end = IntArray(n) // 質因數分解 for ((index, num) in nums.withIndex()) { // 對 num 做質因數分解 var x = num var prime = 2 while (prime * prime <= x) { if (x % prime == 0) { // 發現質因子 if (!start.containsKey(prime)) { start[prime] = index } else { end[start[prime]!!] = index } // 消除所有 prime 因子 while (x % prime == 0) x /= prime } prime++ } if (x > 1) { // 剩下的質因子 if (!start.containsKey(x)) { start[x] = index } else { end[start[x]!!] = index } } } var preEnd = 0 for (index in 0 until n) { if (index > preEnd) return index - 1 preEnd = Math.max(preEnd, end[index]) } return -1 } }

複雜度分析：

  • 時間複雜度：$O(n\sqrt{U}+m)$ 質因數分解時間 $O(n\sqrt{U})$，列舉陣列時間 $O(n)$；
  • 空間複雜度：$O(n)$ $end$ 陣列空間。

2585. 獲得分數的方法數（Hard）

題目地址

http://leetcode.cn/problems/number-of-ways-to-earn-points/

題目描述

考試中有 n 種類型的題目。給你一個整數 target 和一個下標從 0 開始的二維整數陣列 types ，其中 types[i] = [counti, marksi] 表示第 i 種類型的題目有 counti 道，每道題目對應 marksi 分。

返回你在考試中恰好得到 target 分的方法數。由於答案可能很大，結果需要對 109 +7 取餘。

注意，同類型題目無法區分。

  • 比如說，如果有 3 道同類型題目，那麼解答第 1 和第 2 道題目與解答第 1 和第 3 道題目或者第 2 和第 3 道題目是相同的。

題解（揹包問題）

這是分組揹包模板題，OIWiki-揹包 DP。

定義 $dp[i][j]$ 表示以物品 $[i]$ 為止且分數為 $j$ 的方案數，則有：

$dp[i][j] = dp[i - 1][j] + \sum_{k=0}^{k=j/count_i}dp[i - 1][j - k*·marks_{si}]$

kotlin class Solution { fun waysToReachTarget(target: Int, types: Array<IntArray>): Int { val MOD = 1000000007 // 揹包問題 val n = types.size // dp[i][j] 表示以 [i] 為止且分數為 j 的方案數 val dp = Array(n + 1) { IntArray(target + 1) }.apply { // 不選擇且分數為 0 的方案數為 1 this[0][0] = 1 } // 列舉物品 for (i in 1..n) { val count = types[i - 1][0] val mark = types[i - 1][1] for (j in target downTo 0) { dp[i][j] += dp[i - 1][j] for (k in 1..Math.min(count, j / mark)) { dp[i][j] = (dp[i][j] + dp[i - 1][j - k * mark]) % MOD } } } return dp[n][target] } }

完全揹包可以取消物品維度優化空間：

kotlin class Solution { fun waysToReachTarget(target: Int, types: Array<IntArray>): Int { val MOD = 1000000007 // 揹包問題 val n = types.size // dp[i][j] 表示以 [i] 為止且分數為 j 的方案數 val dp = IntArray(target + 1).apply { // 不選擇且分數為 0 的方案數為 1 this[0] = 1 } // 列舉物品 for (i in 1..n) { val count = types[i - 1][0] val mark = types[i - 1][1] for (j in target downTo 0) { for (k in 1..Math.min(count, j / mark)) { dp[j] = (dp[j] + dp[j - k * mark]) % MOD } } } return dp[target] } }

複雜度分析：

  • 時間複雜度：$O(target·C)$ 其中 $C$ 是所有 $count_i$ 之和。
  • 空間複雜度：$O(target)$

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