《lc基础知识入门》课件

算法入门与LeetCode欢迎来到算法基础课在本课程中我们将通过平台学习常见的数据,LeetCode结构和算法知识为您打下扎实的编程基础,什么是？lc编程语言的演化简单易学的语法广泛的应用场景是一种新兴的编程语言它是编程语言不断与传统编程语言相比的语法更加简单明已经在人工智能、大数据、物联网等领域lc,,lc lc发展的结果旨在提高编程效率和可读性了能够帮助初学者快速入门编程得到广泛应用越来越受到开发者的青睐,,,的基本应用场景lc实时数据处理物联网和边缘计算擅长处理高吞吐量的实时数据的轻量级特性使其能够在资源lc lc流为需要即时响应的应用提供受限的物联网设备和边缘节点上,支持运行微服务和云原生部署大数据和分析应用非常适合构建松耦合、可扩展提供高效的数据处理能力适用lc lc,的微服务架构可轻松部署在云于大数据分析、机器学习等场,端景与传统编程语言的异同lc数据处理特性编程范式擅长处理大规模的数据流实时采用声明式编程范式关注于什lc,lc,进行数据分析和响应而传统编么而非如何传统编程语言则程语言更擅长处理静态数据主要使用命令式编程范式抽象化程度学习曲线提供了更高级的抽象，使开发人相比传统编程语言的学习曲线lc,lc员能够更专注于业务逻辑而不必更为平缓适合非计算机背景的开,,过多关注底层实现细节发人员快速上手的基本语法结构lc声明变量基本数据类型控制流程函数定义在中我们使用或支持多种数据类型包括数提供了语句、循使用关键字可以定lc,let constlc,lc if-else whilefunction关键字来声明变量变量命名字、字符串、布尔值、数组、环、循环等控制流语句允义自己的函数并通过参数传for,,遵循驼峰式命名法如对象等这些数据可以存储在许我们根据特定条件执行不同递数据返回计算结果函数,,变量中并进行各种运算和操的代码块是的重要组成部分myVariable lc作变量和数据类型变量定义在中变量的定义非常灵活不需要指定数据类型变量名可以包含字母、数字和下划线但不LC,,,能以数字开头常见数据类型支持整数、浮点数、布尔值、字符串等常见的数据类型同时也支持列表、字典等复合数LC据类型动态类型系统采用动态类型系统意味着变量的类型可以在运行时动态改变无需提前声明类型这带来了LC,,很大的灵活性运算符和表达式数学运算符比较运算符逻辑运算符赋值运算符支持常见的数学运算符，如还提供了比较运算符，如大支持逻辑运算符，如与除了基本的赋值运算符，lc lclc=lc加减乘除、取余、幂运算等于、小于、等于、不等于等、或、非可还支持复合赋值运算符，如and ornot这些运算符可以用于整数、浮这些运算符可用于条件判断和以用这些运算符构建复杂的逻、等，可以简化代码+=-=点数等数值类型的计算逻辑处理辑表达式编写控制流语句语句循环语句IF根据条件判断执行不同的代码块是编通过重复执行某段代码实现数据的批,,程中常用的控制流语句量处理和计算包括、等形for while式语句和SWITCH BREAKCONTINUE适用于多分支选择的情况可读性好、用于控制循环语句的执行流程,,BREAK执行效率高结束循环跳过当前循环,CONTINUE函数定义和调用函数声明1使用关键字来定义函数明确函数名、参数和返回值类型def,参数传递2函数可以接受一个或多个参数用于完成特定的计算任务参数,可以是不同的数据类型函数返回3函数可以通过关键字返回计算结果返回值可以是单一return值或多个值数组和列表数组列表数组是一种简单而高效的数据结构可以存储相同类型的元素可以列表是一种动态数据结构可以存储不同类型的元素支持插入、删,,通过索引快速访问和修改元素除、遍历等操作非常灵活,二维数组数组应用二维数组是一个二维的数据结构可用于表示矩阵、棋盘等场景非常数组和列表被广泛应用于排序、搜索、数据处理等算法中是编程的,,,实用基础之一字符串操作字符串拼接字符串切片字符串搜索替换字符串格式化利用字符串拼接运算符或内通过指定起始和结束位置可以利用内置的查找和替换函数可通过字符串格式化可以将数+,,,置函数如可以轻松地将从一个较长的字符串中提取出以快速定位并修改字符串中的字、日期等数据类型转换为美join多个字符串合并成一个新的字所需的子串这在数据提取和特定模式这在文本编辑和数观易读的字符串形式这在报符串这在文本处理和数据格格式转换中很有用据清洗中非常有帮助告生成和用户界面展示中很常式化中非常常见见递归编程定义基线1确定递归过程何时结束拆解问题2将问题划分为更小的相同子问题递归调用3用更小的子问题迭代解决递归编程是一种强大的编程技巧通过将问题划分为更小的相同子问题来解决复杂的问题其中关键是要定义好基线条件确保递归能够最,,终终止递归调用会反复使用相同的逻辑直到达到基线条件最终得到解决方案这种自我引用的编程方式非常灵活可以用来解决很多难,,,题二分查找算法定义1二分查找是一种在有序数组中查找特定元素的高效算法原理2通过不断将搜索范围折半缩小来查找目标元素复杂度3时间复杂度仅为，非常高效Olog n应用4广泛用于搜索、分类等领域的优化二分查找算法是一种非常重要的算法思想它基于将搜索范围不断折半的原理可以在有序数据集合中高效地查找目标元素它的时间复杂度仅为,,在实际应用中广泛用于搜索、分类等领域的优化掌握好二分查找算法对于后续的算法学习和编程能力的提升至关重要Olog n,排序算法比较排序基于比较两个元素大小的方式进行排序，常见的有冒泡排序、选择排序和插入排序等高效排序利用分治策略的快速排序和归并排序可以高效地处理大规模数据桶排序将元素分类存放在不同的桶中，再对每个桶内部进行排序，适用于某些特殊场景基数排序按照数字的位数依次进行排序，适用于排序大整数或者字符串链表操作创建链表1定义节点结构并逐个添加遍历链表2从头到尾依次访问每一个节点插入节点3根据位置添加新的节点删除节点4从链表中移除指定的节点链表是一种常用的数据结构它由一系列节点组成每个节点都存储着值和指向下一个节点的指针链表操作包括创建、遍历、插入和删除等基础功能,,,能够灵活地管理数据掌握链表操作是解决各种问题的基础栈和队列栈1后进先出（）数据结构LIFO队列2先进先出（）数据结构FIFO通用操作3推入、弹出、查看头部元素栈和队列是两种基本的数据结构广泛应用于计算机程序的设计与实现中栈是后进先出的数据结构适用于需要跟踪执行顺序的场景如函,,,数调用、表达式求值等队列则是先进先出的数据结构适用于需要处理先到先服务的场景如任务调度、消息队列等这两种数据结构提,,供了基本的压入、弹出、查看头部元素等操作哈希表快速查找碰撞处理哈希表使用散列函数将键映射到为了解决散列函数产生的键冲数组下标可以在常数时间内高突哈希表会使用链地址法或开,,效查找、插入和删除元素地址法等碰撞处理技术空间换时间应用广泛哈希表以较大的空间来换取时间哈希表广泛应用于缓存、数据库效率的提升在高频查找的场景索引、密码存储等场景是解决,,中表现优异很多算法问题的有力工具图论相关算法图的遍历最短路径算法12广度优先搜索（）和深度优先搜索（）是解决图论问题算法和算法可以用来计算两点之间的最短BFS DFSDijkstra Bellman-Ford的基础算法它们可以用于寻找最短路径、连通性分析等距离前者适用于非负权图，后者适用于含负权边的图最小生成树拓扑排序34算法和算法可以高效地求解最小生成树问题，用于拓扑排序可以将有向无环图（）中的节点按照依赖关系排Kruskal PrimDAG连接图中所有节点的最小权重边集合序，常用于任务调度、课程安排等领域动态规划基础什么是动态规划？动态规划的特点动态规划的应用解决动态规划问题动态规划是一种基于分治法的•最优子结构动态规划在解决各种最优化问•明确问题的特点和要求高效算法技术，通过将复杂问题中有广泛应用，如最短路径•重复性子问题•找出最优子结构和重复性题拆分为更小的子问题来解问题、背包问题、编辑距离问子问题•自下而上的递推求解决它利用子问题的重复性，题等它是一种非常强大且通•设计递推公式并自底向上避免重复计算，提高了算法效用的算法技术求解率•根据计算结果得出最终解贪心算法应用最小生成树任务调度活动选择贪心算法可以用于构建最小生成树通过选贪心算法可以应用于任务调度问题通过选贪心算法可以高效地解决活动选择问题选,,,择最小边权来连接各个节点得到整体成本择当前最优的任务完成最终得到整体最优择不冲突的活动组合使得总收益最大化,,,最低的树形结构的调度方案分治算法实战递归拆分1将问题递归地分解为更小的子问题直到可以直接解决,合并结果2将子问题的解决方案合并起来得到整个问题的解决方案,效率提升3分治算法可以显著提高时间复杂度适合处理大规模数据,回溯算法技巧思路分析决策树构建回溯算法通常需要先分析问题的性质建立一个决策树模型通过深度优先搜,,确定问题的解空间状态以及求解方索来探索所有可能的解决方案式回溯与剪枝优化与改进在搜索过程中通过回溯和剪枝操作来针对不同问题的特点可以尝试优化回,,去掉不符合要求的解决方案分支溯算法的效率提高运行速度,双指针技巧对撞指针快慢指针通过移动两个指针的方式来解决通过设置快慢两个指针来解决问问题，比如找出数组中两数之和题，比如找出链表中的环等等滑动窗口倒序指针使用两个指针定义一个窗口范从后往前移动指针来解决问题，围，通过移动窗口来解决问题，比如翻转链表等比如找出字符串中的最长无重复子串滑动窗口应用定义应用场景实现技巧典型问题滑动窗口是一种用于处理连续滑动窗口常被用于解决字符串滑动窗口的核心在于维护窗口上有很多经典的滑动leetcode数据的算法技巧通过维护一处理、数组查找、数据分析等内的状态通过不断调整左右窗口问题如无重复字符的最,,个固定大小的窗口来有效地问题如寻找最长无重复子指针来更新窗口同时更新所长子串、最小覆盖子串、,,,解决一些涉及到子数组或子序串、查找连续子数组的最大需的统计量这种方法可以高滑动窗口最大值等通过掌列的问题和、统计数据流的滑动平均值效地处理大量的输入数据握滑动窗口的基本思路可以,等很好地解决这些问题位运算优化掌握位运算技巧实现简单数学运算利用位运算可以进行快速的数学计算提高代码效率如异或运算、使用位运算可以快速实现加法、减法、乘法等基本数学运算降低计,,移位运算等算开销处理二进制数据优化代码性能位运算擅长处理二进制数据可用于数据压缩、加密解密、图像处理合理使用位运算可以极大提升代码效率是算法优化的重要手段之,,等场景一数学问题解决数学基础问题分解熟练掌握代数、几何、概率等数将复杂的数学问题拆解为多个更学基础知识，为解决复杂数学问小、更易解决的子问题，有助于题奠定基础找到最优解数据分析算法设计运用数理统计、数据挖掘等技术根据问题特点设计高效的数学算分析数学问题中的数据信息，找法，并用编程实现，提高问题解到关键规律决效率字符串处理技巧模式匹配字符串分割字符串替换利用正则表达式可以快速匹配和操作复杂的通过灵活使用分割函数可以将字符串切分利用替换函数可以快速修改字符串中的指定,字符串模式是字符串处理中的重要技巧为多个子串方便后续的数据处理内容是日常开发中常用的技巧,,,二叉树的遍历与应用前序遍历首先访问根节点，然后递归访问左子树和右子树用于构建表达式树中序遍历先访问左子树，然后访问根节点，最后访问右子树用于输出排序后的数据序列后序遍历先访问左子树和右子树，最后访问根节点用于计算表达式的值或释放节点占用的资源层序遍历按照树的层级顺序访问节点，逐层从左到右常用于图的广度优先搜索并查集数据结构集合划分集合合并并查集用于对一组元素进行划分，将并查集提供了快速合并两个集合的操属于同一个集合的元素进行标记作，将两个集合中的元素归为一组集合查找性能优化并查集可以快速判断两个元素是否属通过路径压缩和按秩合并等技巧，并于同一个集合，查找元素所属集合查集能达到近乎常数时间的查找和合并效率堆的基本操作创建堆插入元素删除元素堆排序通过以特定方式组织数据可以向堆中插入新元素时需要维护从堆中删除元素时通常先取出利用堆的特性可以实现高效的,,,,构建出最大堆或最小堆结构用堆的性质通过上浮或下沉操作堆顶元素再调整剩余元素以恢堆排序算法广泛应用于各种排,,,,于快速访问最大最小元素调整堆的结构复堆的性质序场景/总结与展望本课程全面介绍了编程语言的基础知识和核心概念为您奠定扎实的基础通lc,过本课程您将掌握的语法结构、数据类型、控制流、函数定义、数据结构等,lc核心内容为进一步深入学习和实践打下坚实的基础,lc。