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Swift 算法实战一(集合,字典,链表,栈,队列等算法)

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ZhengYaWei
2017.11.24 00:28* 字数 1452

前言

用 Swift 也用了小半年了,决定今天开始使用 Swift 来实现一些基础的算法。该篇文章就先从简单的说起,主要内容如下:

  • 数组、字符串、集合、字典相关的基础算法
  • 链表
  • 栈和队列

一、集合和字典相关算法

对于集合首先要知道集合中的元素都是唯一的,是无序的。关于集合中的元素是怎样保证唯一性的,可以参考笔者之前写过一篇文章哈希算法详解(附带 iOS 开发中实际应用)。集合或字典查找的时间复杂度为 O(1),在实际的算法问题中,通常会分别结合数组来解决实际的问题。如下面的两个简单算法问题。

1、已知一个整形数组(arr)以及一个整数(sum),判断数组中是否存在两个数字之和等于这个整数(sum)?
2、求这两个数字在数组中的下标 (注意第一问中应该是有且只有两个数字等于这个整数 sum )。

首先来看看如何解决第一个问题。最直接的方法可能是两层 for 循环遍历数组,第一层循环是每次取一个值 a,第二层循是判断这个数组中是否存在一个值等于 sum - a,这样做的时间复杂度是 O(n^2),但是借助集合就能将时间复杂度降为 O(n)。实现思路是: 遍历数组的时候,用集合保存已经遍历过的元素。在下一次遍历的过程中,如果集合中存在一个值等于sum减去当前遍历的值,则说明数组中存在一个数等于sum减去当前遍历的数值。 代码实现如下:

func isExist(arr:[Int],sum:Int) -> Bool {
        var set = Set<Int>()
        for num in arr {
            if set.contains(sum - num){
                return true
            }
            set.insert(num)
        }
        return false
    }

关于第二问,只要在第一个问题解决方案的基础上稍稍做下改动即可,将 Set 换为 Dict 解决问题即可,因为我们要拿到相应的下标。时间复杂度同样是 O(n)。

func getIndex(arr:[Int],sum:Int)->[Int]{
        var dict = [Int:Int]()
        for (i,num) in arr.enumerated(){
            if let idx = dict[sum-num]{
                return [idx,i]
            }else{
                dict[num] = I
            }
        }
        fatalError("没有满足条件的下标")
    }

二、字符串相关算法

看一道谷歌的面试题,就是字符串翻转的问题。关于这道题我们要处理两个问题:

  • 整个句子的翻转
  • 句子中的每个单词的翻转

Given an input string, reverse the string word by word. A word is defined as a sequence of non-space characters. The input string does not contain leading or trailing spaces and the words are always separated by a single space. For example, Given s = "the sky is blue", return "blue is sky the". Could you do it in-place without allocating extra space?
实现代码如下:

 func reverseWords(s: String?) -> String? {
        guard let s = s else {
            return nil
        }
        var chars = Array(s.characters)
        var start = 0
        //从头到尾置整个字符串,此步得到的结果为:eulb si yks eht
        reverseWord(&chars, 0, chars.count - 1)
        //找到每一个单词对用的首尾index,然后翻转每一个单词
        for i in 0 ..< chars.count {
            print(chars[I])
            if i == chars.count - 1 || chars[i + 1] == " " {
                print(i)
                print(start)
                reverseWord(&chars, start, i)
                start = i + 2
            }
        }
        return String(chars)
    }
    
    //从头到尾置换数组中的元素
    fileprivate func reverseWord<T>(_ chars: inout [T], _ start: Int, _ end: Int) {
        var start = start, end = end
        while start < end {
            swapCharacter(&chars, start, end)
            start += 1
            end -= 1
        }
    }
    
    //交换数组中的两个元素
    fileprivate func swapCharacter<T>(_ chars: inout [T], _ p: Int, _ q: Int) {
        (chars[p], chars[q]) = (chars[q], chars[p])
    }

调用如下:

 var s = "the sky is blue"
 print(reverseWords(s: s))

三、链表

基本概念

先说一些链表的基本概念知识。数组的内存是连续的,每个元素都有指定的索引index指向内存地址,因此查询对时候,可根据index快速找到对应地址存储的信息,此为查询快。但要数组进行增删的时候,就必须将目标位置后的所有元素都整体移动,因此就比较耗时,此为增删慢。

链表的内存不是连续的。通过指针将各个内存单元链接在一起,不是环形的链表会有一个或者二个节点的指针指向NULL(单向一个,双向两个)。链表不需要提前指定长度,也不会出现长度不够的问题,当需要存储数据的时候分配一块内存并将这块内存插入链表中即可,故此为增删快。由于没有像数组那样的索引,因此,查询的时候需要遍历整个链表所有元素的内存地址,然后才能确定目标元素,此为查询慢。如下图是链表的三种形式(单链表、双向链表、循环链表)。


基本实现

链表基本结构。

class ListNode {
    var value:Int
    var next:ListNode?
    
    init(value:Int) {
        self.value = value
        self.next = nil
    }
}

创建链表。

class List {
    var head:ListNode?
    var tail:ListNode?
    
    // 头插法
    func appendToHead(val: Int) {
        if head == nil {
            head = ListNode(value:val)
            tail = head
        } else {
            let temp = ListNode(value:val)
            temp.next = head
            head = temp
        }
    }
    
    // 尾插法
    func appendToTail(val: Int) {
        if tail == nil {
            tail = ListNode(value:val)
            head = tail
        } else {
            tail!.next = ListNode(value:val)
            tail = tail!.next
        }
    }
}

调用形式。(这里使用尾插法)

let list = List()
list.appendToTail(val: 1)
list.appendToTail(val: 2)
list.appendToTail(val: 3)
print(list.head?.next?.next?.val)//结果为:Optional(3)

四、栈和队列(包含数组)

基本概念

栈是后进先出的。你可以理解成有好几个盘子要垒成一叠,哪个盘子最后叠上去,下次使用的时候它就最先被抽出去。实际开发中如果涉及到撤销操作,首先要考虑到用栈来实现。

队列是先进先出。可以理解为排队现象,谁先来谁就先走。实际开发中的 GCD 和 NSOperationQueue d就是基于队列实现的。

栈和队列的实现

正规的做法使用链表来实现,这样可以保证加入和删除的时间复杂度是O(1)。但是 Swift 中数组有很多现成可以直接使用的 API,所以这里可以通过借助 Swift 中的数组实现栈和队列。

栈的实现。

class Stack {
    //储存栈上的元素
    var arr:[Any]
    init() {
        arr = [Any]()
    }
    //判断栈是否为空
    var isEmpty:Bool{
        return arr.isEmpty
    }
    //获取栈顶元素
    var peek:Any?{
        return arr.last
    }
    //push操作
    func push(obj:Any) {
        arr.append(obj)
    }
    //pop操作
    func pop() -> Any? {
        if self.isEmpty{
            return nil
        }else{
            //注意removeLast()返回值为移除的对象
            return arr.removeLast()
        }
    }
}
//调用形式
let stack = Stack()
stack.push(obj: 1)
stack.push(obj: 2)
stack.push(obj: 3)
print(stack.pop())//打印结果为:Optional(3)

队列的实现。

class Queue {
    //储存队列上的元素
    var arr:[Any]
    
    init() {
        arr = [Any]()
    }
    
    //判断队列是否为空
    var isEmpty:Bool{
        return arr.isEmpty
    }
    //获取队列首元素
    var firstObj:Any?{
        return arr.last
    }
    /// 加入新元素
    public func enqueue(obj: Any) {
        arr.append(obj)
    }
    /// 推出队列元素
    public func dequeue() -> Any? {
        if isEmpty {
            return nil
        } else {
            return arr.removeFirst()
        }
    }
}
//调用形式
let queue = Queue()
queue.enqueue(obj: 1)
queue.enqueue(obj: 2)
queue.enqueue(obj: 3)
print(queue.dequeue())//打印结果为:Optional(1)
一道 Facebook 实战面试题
Given an absolute path for a file (Unix-style), simplify it.For example,
path = "/home/", => "/home" 
path = "/a/./b/../../c/", => "/c"

首先要知道.表示当前目录。如比如 /test/. 实际上就是 /test,无论输入多少个. 都返回当前目录。..表示上级目录,如cd ../命令表示是进入上级目录。

有了对文件路径的简单了解,解答上面这道题就简单了,完全可以把这道题当做是一个pop 的操作。如果出现..就执行pop操作。

    func finalPath(pathStr:String) -> String {
        let pathStack = Stack()
        let paths = pathStr.components(separatedBy: "/")
        for path in paths{
            // 对于 "." 我们直接跳过
            guard path != "." else {
                continue
            }
            // 对于 ".." 执行pop操作
            if path == ".."  {
                if pathStack.isEmpty == false {
                    pathStack.pop()
                }
            }else if path != "" {// 对于空数组的特殊情况
                pathStack.push(obj: path)
            }
        }
        //print(pathStack.arr)
        // 将栈中的内容转化为优化后的新路径
        let result = pathStack.arr.reduce("") { total, dir in "\(total)/\(dir)" }
        // 注意空路径的结果是 "/"
        return result.isEmpty ? "/" : result
    }
//调用形式
print(finalPath(pathStr: "/a/./b/c/../../d/"))//打印结果为:/a/d
print(finalPath(pathStr: "/a/./b/../../c/"))//打印结果为:/c
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