C++深度优先搜索(DFS)算法的应用:树中可以形成回文的路径数

简介: C++深度优先搜索(DFS)算法的应用:树中可以形成回文的路径数

本文涉及知识点

深度优先搜索(DFS) 状态压缩

题目

给你一棵 树(即,一个连通、无向且无环的图),根 节点为 0 ,由编号从 0 到 n - 1 的 n 个节点组成。这棵树用一个长度为 n 、下标从 0 开始的数组 parent 表示,其中 parent[i] 为节点 i 的父节点,由于节点 0 为根节点,所以 parent[0] == -1 。

另给你一个长度为 n 的字符串 s ,其中 s[i] 是分配给 i 和 parent[i] 之间的边的字符。s[0] 可以忽略。

找出满足 u < v ,且从 u 到 v 的路径上分配的字符可以 重新排列 形成 回文 的所有节点对 (u, v) ,并返回节点对的数目。

如果一个字符串正着读和反着读都相同,那么这个字符串就是一个 回文 。

示例 1:

输入:parent = [-1,0,0,1,1,2], s = “acaabc”

输出:8

解释:符合题目要求的节点对分别是:

  • (0,1)、(0,2)、(1,3)、(1,4) 和 (2,5) ,路径上只有一个字符,满足回文定义。
  • (2,3),路径上字符形成的字符串是 “aca” ,满足回文定义。
  • (1,5),路径上字符形成的字符串是 “cac” ,满足回文定义。
  • (3,5),路径上字符形成的字符串是 “acac” ,可以重排形成回文 “acca” 。
    示例 2:
    输入:parent = [-1,0,0,0,0], s = “aaaaa”
    输出:10
    解释:任何满足 u < v 的节点对 (u,v) 都符合题目要求。
    参数提示
    n == parent.length == s.length
    1 <= n <= 105
    对于所有 i >= 1 ,0 <= parent[i] <= n - 1 均成立
    parent[0] == -1
    parent 表示一棵有效的树
    s 仅由小写英文字母组成

解法一稍稍超时,通过不了

分析

状态压缩

排序后能构成回文,那只有两种可能,一:所有字符数量都为偶数。二,有一个字符数量为奇数,其余全部是偶数。可以用二进制状态压缩,每个二进制位表示某个字符是否为偶数。1表示z是奇数数量,2表示y是奇数数量,3表示yz都是奇数数量。

异或(^)

增加一个字符可以用异或操作,由于异或的逆操作就是自己,所以删除字符也用异或。

难理解的地方

mNums记录以下路径:

起点和终点都是cur的路径
起点是cur,终点是已处理子树的任意节点

childNums:记录以child为起点,以child为根节点的子树的任意节点为终点的路径。

下面以{-1,0,0}来说明,由于起点是固定的,所以下表只记录终点。路径指的是:以child子树中的节点为起点,以mNums中的节点为终点的路径

mNums childNums 路径
处理根节点 {0} {}
处理节点1 {0} {1} {0,1}
处理节点2 {0,1} {2} {0,2},{1,2}
{0,1,2}

总结:第四列的路径,就是mNums 和childNums 各取一个节点的两两组合。

注意

一个节点没有字符,所以不是合法路径。

ChangeNum

不要枚举mNums 和childNums ,枚举其中的一个和27种合法可能。

核心代码

class Solution {
public:
long long countPalindromePaths(vector& parent, string s) {
m_c = parent.size();
m_str = s;
m_vNeiBo.assign(m_c, vector());
for (int i = 0; i < 26; i++)
{
m_iVilidMask[i] = 1 << i;
}
m_llRet = 0;
int iRoot = -1;
for (int i = 0; i < m_c; i++)
{
if (-1 == parent[i])
{
iRoot = i;
}
else
{
m_vNeiBo[parent[i]].emplace_back(i);
}
}
std::unordered_map<int, int> mNums;
dfs(iRoot, mNums);
return m_llRet ;
}
void dfs(int cur, std::unordered_map<int, int>& mNums)
{
const int curMask = 1 << (m_str[cur] - ‘a’);
mNums[curMask]++;
for (const auto& child : m_vNeiBo[cur])
{
std::unordered_map<int, int> childNums;
dfs(child, childNums);
ChangeNum(mNums, childNums,curMask);
for (const auto& it : childNums)
{
mNums[it.first ^ curMask] += it.second;
}
}
}
void ChangeNum(const std::unordered_map<int, int>& mNums, const std::unordered_map<int, int>& childNums, const int curMask )
{
for (const auto& it : childNums)
{
for (int i = 0; i < 27; i++)
{
const int iNeedMask = it.first ^ m_iVilidMask[i] ^ curMask;
if (mNums.count(iNeedMask))
{
m_llRet += (long long)it.second * mNums.find(iNeedMask)->second;
}
}
}
}
//状态压缩 1表示z是奇数数量,2表示y是奇数数量,3表示yz都是奇数数量
int m_iVilidMask[27] = { 0 };//记录所有字符都是偶数和只有一个字符是奇数
vector<vector> m_vNeiBo;
//vector m_vNums;
int m_c;
long long m_llRet = 0;//不包括单节点的合法路径数
string m_str;
};

测试用例

template
void Assert(const vector& v1, const vector& v2)
{
if (v1.size() != v2.size())
{
assert(false);
return;
}
for (int i = 0; i < v1.size(); i++)
{
Assert(v1[i], v2[i]);
}
}
int main()
{
Solution slu;
vector parent;
long long res;
string s;
parent = { -1 };
s = “a”;
res = slu.countPalindromePaths(parent, s);
Assert(res, 0LL);
parent = { -1,0 };
s = “aa”;
res = slu.countPalindromePaths(parent, s);
Assert(res, 1LL);
parent = { -1,0,1 };
s = “aaa”;
res = slu.countPalindromePaths(parent, s);
Assert(res, 3LL);
parent = { -1,0,0 };
s = “aaa”;
res = slu.countPalindromePaths(parent, s);
Assert(res, 3LL);
parent = { -1,0,0 };
s = “aba”;
res = slu.countPalindromePaths(parent, s);
Assert(res,2LL);
parent = { -1,0,0 };
s = “baa”;
res = slu.countPalindromePaths(parent, s);
Assert(res, 3LL);
parent = { -1,0,0,1,1,2 };
s = “acaabc”;
res = slu.countPalindromePaths(parent, s);
Assert(res, 8LL);
parent = { -1, 0, 0, 0, 0 };
s = “aaaaa”;
res = slu.countPalindromePaths(parent, s);
Assert(res, 10LL);
//CConsole::Out(res);

}

解法二

分析

假定节点A,B的公共最近祖先是C,那么A到B的路径为:A->C->B和路径A->0->B的 字符数量的奇偶性相同。A->0可以拆分成A->C->0 ,0->B可以拆分成0->C->B。0到C和C到0抵消了。

### 时间复杂度

o(27n)。n是节点数量,27是合法掩码的数量。

代码

class Solution{
public:
  long long countPalindromePaths(vector<int>&parent, string s) {
    m_c = parent.size();
    m_str = s;
    m_vNeiBo.assign(m_c, vector<int>());
    for (int i = 0; i < 26; i++)
    {
      m_iVilidMask[i] = 1 << i;
    }
    m_llRet = 0;
    m_mMaskNums.clear();
    int iRoot = -1;
    for (int i = 0; i < m_c; i++)
    {
      if (-1 == parent[i])
      {
        iRoot = i;
      }
      else
      {
        m_vNeiBo[parent[i]].emplace_back(i);
      }
    }
    dfs(iRoot,0);
    return m_llRet;
  }
  void dfs(int cur,int iMask)
  {
    const int curMask = iMask ^ ( 1 << (m_str[cur] - 'a'));
    for (int i = 0; i < 27; i++)
    {
      const int iNeedMask = m_iVilidMask[i] ^ curMask;
      if (m_mMaskNums.count(iNeedMask))
      {
        m_llRet += m_mMaskNums[iNeedMask];
      }
    }
    m_mMaskNums[curMask]++;
    for (const auto& child : m_vNeiBo[cur])
    {
      dfs(child, curMask);
    }
  }
  int m_iVilidMask[27] = { 0 };//记录所有字符都是偶数和只有一个字符是奇数
  vector<vector<int>> m_vNeiBo;
  std::unordered_map<int,int> m_mMaskNums;
  int m_c;
  long long m_llRet = 0;//不包括单节点的合法路径数
  string m_str;
};

扩展阅读

视频课程

有效学习:明确的目标 及时的反馈 拉伸区(难度合适),可以先学简单的课程,请移步CSDN学院,听白银讲师(也就是鄙人)的讲解。

https://edu.csdn.net/course/detail/38771

如何你想快速形成战斗了,为老板分忧,请学习C#入职培训、C++入职培训等课程

https://edu.csdn.net/lecturer/6176

相关下载

想高屋建瓴的学习算法,请下载《闻缺陷则喜算法册》doc版

https://download.csdn.net/download/he_zhidan/88348653

鄙人想对大家说的话
闻缺陷则喜是一个美好的愿望,早发现问题,早修改问题,给老板节约钱。
墨家名称的来源:有所得以墨记之。
如果程序是一条龙,那算法就是他的是睛

测试环境

操作系统:win7 开发环境: VS2019 C++17

或者 操作系统:win10 开发环境: VS2022 C++17


相关文章
|
28天前
|
存储 算法 Java
解析HashSet的工作原理,揭示Set如何利用哈希算法和equals()方法确保元素唯一性,并通过示例代码展示了其“无重复”特性的具体应用
在Java中,Set接口以其独特的“无重复”特性脱颖而出。本文通过解析HashSet的工作原理,揭示Set如何利用哈希算法和equals()方法确保元素唯一性,并通过示例代码展示了其“无重复”特性的具体应用。
41 3
|
9天前
|
算法
树的遍历算法有哪些?
不同的遍历算法适用于不同的应用场景。深度优先搜索常用于搜索、路径查找等问题;广度优先搜索则在图的最短路径、层次相关的问题中较为常用;而二叉搜索树的遍历在数据排序、查找等方面有重要应用。
18 2
|
12天前
|
机器学习/深度学习 JSON 算法
二叉树遍历算法的应用场景有哪些?
【10月更文挑战第29天】二叉树遍历算法作为一种基础而重要的算法,在许多领域都有着不可或缺的应用,它为解决各种复杂的问题提供了有效的手段和思路。随着计算机科学的不断发展,二叉树遍历算法也在不断地被优化和扩展,以适应新的应用场景和需求。
23 0
|
23天前
|
存储 算法 搜索推荐
这些算法在实际应用中有哪些具体案例呢
【10月更文挑战第19天】这些算法在实际应用中有哪些具体案例呢
26 1
|
29天前
|
机器学习/深度学习 人工智能 算法
[大语言模型-算法优化] 微调技术-LoRA算法原理及优化应用详解
[大语言模型-算法优化] 微调技术-LoRA算法原理及优化应用详解
68 0
[大语言模型-算法优化] 微调技术-LoRA算法原理及优化应用详解
|
23天前
|
监控 算法 数据挖掘
HyperLogLog算法有哪些应用场景呢
【10月更文挑战第19天】HyperLogLog算法有哪些应用场景呢
15 0
|
6天前
|
存储 编译器 C++
【c++】类和对象(中)(构造函数、析构函数、拷贝构造、赋值重载)
本文深入探讨了C++类的默认成员函数,包括构造函数、析构函数、拷贝构造函数和赋值重载。构造函数用于对象的初始化,析构函数用于对象销毁时的资源清理,拷贝构造函数用于对象的拷贝,赋值重载用于已存在对象的赋值。文章详细介绍了每个函数的特点、使用方法及注意事项,并提供了代码示例。这些默认成员函数确保了资源的正确管理和对象状态的维护。
29 4
|
7天前
|
存储 编译器 Linux
【c++】类和对象(上)(类的定义格式、访问限定符、类域、类的实例化、对象的内存大小、this指针)
本文介绍了C++中的类和对象,包括类的概念、定义格式、访问限定符、类域、对象的创建及内存大小、以及this指针。通过示例代码详细解释了类的定义、成员函数和成员变量的作用,以及如何使用访问限定符控制成员的访问权限。此外,还讨论了对象的内存分配规则和this指针的使用场景,帮助读者深入理解面向对象编程的核心概念。
25 4
|
30天前
|
存储 编译器 对象存储
【C++打怪之路Lv5】-- 类和对象(下)
【C++打怪之路Lv5】-- 类和对象(下)
27 4
|
30天前
|
编译器 C语言 C++
【C++打怪之路Lv4】-- 类和对象(中)
【C++打怪之路Lv4】-- 类和对象(中)
23 4