算法模板

二分查找法

// 版本一
class Solution {
public:
    int search(vector<int>& nums, int target) {
        int left = 0;
        int right = nums.size() - 1; // 定义target在左闭右闭的区间里，[left, right]
        while (left <= right) { // 当left==right，区间[left, right]依然有效，所以用 <=
            int middle = left + ((right - left) / 2);// 防止溢出 等同于(left + right)/2
            if (nums[middle] > target) {
                right = middle - 1; // target 在左区间，所以[left, middle - 1]
            } else if (nums[middle] < target) {
                left = middle + 1; // target 在右区间，所以[middle + 1, right]
            } else { // nums[middle] == target
                return middle; // 数组中找到目标值，直接返回下标
            }
        }
        // 未找到目标值
        return -1;
    }
};
// 版本二
class Solution {
public:
    int searchInsert(vector<int>& nums, int target) {
        int n = nums.size();
        int left = 0;
        int right = n; // 我们定义target在左闭右开的区间里，[left, right)  
        while (left < right) { // 因为left == right的时候，在[left, right)是无效的空间
            int middle = left + ((right - left) >> 1);
            if (nums[middle] > target) {
                right = middle; // target 在左区间，因为是左闭右开的区间，nums[middle]一定不是我们的目标值，所以right = middle，在[left, middle)中继续寻找目标值
            } else if (nums[middle] < target) {
                left = middle + 1; // target 在右区间，在 [middle+1, right)中
            } else { // nums[middle] == target
                return middle; // 数组中找到目标值的情况，直接返回下标
            }
        }
        return right;
    }
};

KMP

void kmp(int* next, const string& s){
    next[0] = -1;
    int j = -1;
    for(int i = 1; i < s.size(); i++){
        while (j >= 0 && s[i] != s[j + 1]) {
            j = next[j];
        }
        if (s[i] == s[j + 1]) {
            j++;
        }
        next[i] = j;
    }
}

二叉树

二叉树的定义：

struct TreeNode {
    int val;
    TreeNode *left;
    TreeNode *right;
    TreeNode(int x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {}
};

深度优先遍历（递归）

前序遍历（中左右）

void traversal(TreeNode* cur, vector<int>& vec) {
    if (cur == NULL) return;
    vec.push_back(cur->val);    // 中 ，同时也是处理节点逻辑的地方
    traversal(cur->left, vec);  // 左
    traversal(cur->right, vec); // 右
}

中序遍历（左中右）

void traversal(TreeNode* cur, vector<int>& vec) {
    if (cur == NULL) return;
    traversal(cur->left, vec);  // 左
    vec.push_back(cur->val);    // 中 ，同时也是处理节点逻辑的地方
    traversal(cur->right, vec); // 右
}

后序遍历（左右中）

void traversal(TreeNode* cur, vector<int>& vec) {
    if (cur == NULL) return;
    traversal(cur->left, vec);  // 左
    traversal(cur->right, vec); // 右
    vec.push_back(cur->val);    // 中 ，同时也是处理节点逻辑的地方
}

深度优先遍历（迭代法）

相关题解：0094.二叉树的中序遍历

前序遍历（中左右）

vector<int> preorderTraversal(TreeNode* root) {
    vector<int> result;
    stack<TreeNode*> st;
    if (root != NULL) st.push(root);
    while (!st.empty()) {
        TreeNode* node = st.top();
        if (node != NULL) {
            st.pop();
            if (node->right) st.push(node->right);  // 右
            if (node->left) st.push(node->left);    // 左
            st.push(node);                          // 中
            st.push(NULL);                          
        } else {
            st.pop();
            node = st.top();
            st.pop();
            result.push_back(node->val);            // 节点处理逻辑
        }
    }
    return result;
}

中序遍历（左中右）

vector<int> inorderTraversal(TreeNode* root) {
    vector<int> result; // 存放中序遍历的元素
    stack<TreeNode*> st;
    if (root != NULL) st.push(root);
    while (!st.empty()) {
        TreeNode* node = st.top();
        if (node != NULL) {
            st.pop(); 
            if (node->right) st.push(node->right);  // 右
            st.push(node);                          // 中
            st.push(NULL); 
            if (node->left) st.push(node->left);    // 左
        } else {
            st.pop(); 
            node = st.top(); 
            st.pop();
            result.push_back(node->val);            // 节点处理逻辑
        }
    }
    return result;
}

后序遍历（左右中）

vector<int> postorderTraversal(TreeNode* root) {
    vector<int> result;
    stack<TreeNode*> st;
    if (root != NULL) st.push(root);
    while (!st.empty()) {
        TreeNode* node = st.top();
        if (node != NULL) {
            st.pop();
            st.push(node);                          // 中
            st.push(NULL);
            if (node->right) st.push(node->right);  // 右
            if (node->left) st.push(node->left);    // 左
        } else {
            st.pop();
            node = st.top();
            st.pop();
            result.push_back(node->val);            // 节点处理逻辑
        }
    }
    return result;
}

广度优先遍历（队列）

相关题解：0102.二叉树的层序遍历

vector<vector<int>> levelOrder(TreeNode* root) {
    queue<TreeNode*> que;
    if (root != NULL) que.push(root);
    vector<vector<int>> result;
    while (!que.empty()) {
        int size = que.size();
        vector<int> vec;
        for (int i = 0; i < size; i++) {// 这里一定要使用固定大小size，不要使用que.size()
            TreeNode* node = que.front();
            que.pop();
            vec.push_back(node->val);   // 节点处理的逻辑
            if (node->left) que.push(node->left);
            if (node->right) que.push(node->right);
        }
        result.push_back(vec);
    }
    return result;
}

可以直接解决如下题目：

• 0102.二叉树的层序遍历
• 0199.二叉树的右视图
• 0637.二叉树的层平均值
• 0104.二叉树的最大深度 （迭代法）
• 0111.二叉树的最小深度（迭代法）
• 0222.完全二叉树的节点个数（迭代法）

二叉树深度

int getDepth(TreeNode* node) {
    if (node == NULL) return 0;
    return 1 + max(getDepth(node->left), getDepth(node->right));
}

二叉树节点数量

int countNodes(TreeNode* root) {
    if (root == NULL) return 0;
    return 1 + countNodes(root->left) + countNodes(root->right);
}

回溯算法

void backtracking(参数) {
    if (终止条件) {
        存放结果;
        return;
    }
    for (选择：本层集合中元素（树中节点孩子的数量就是集合的大小）) {
        处理节点;
        backtracking(路径，选择列表); // 递归
        回溯，撤销处理结果
    }
}

并查集

    int n = 1005; // 根据题意而定 
    int father[1005];
    // 并查集初始化
    void init() {
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            father[i] = i;
        }
    }
    // 并查集里寻根的过程
    int find(int u) {
        return u == father[u] ? u : father[u] = find(father[u]);
    }
    // 将v->u 这条边加入并查集
    void join(int u, int v) {
        u = find(u);
        v = find(v);
        if (u == v) return ;
        father[v] = u;
    }
    // 判断 u 和 v是否找到同一个根
    bool same(int u, int v) {
        u = find(u);
        v = find(v);
        return u == v;
    }