Chapter 1 Array and Strings

"The Rules"

1.Hash Table
Hash table几乎是最为重要的数据结构，主要用于基于"key"的查找，存储的基本元素是key-value的pair。

两种实现方式: Open hashing & Closed hashing
区别: whether the collisions are stored outside of the table or at other slots inside the table

Open hashing(separate chaining): Easier to implement; more efficient for large records or sparse tables; Typically, table index = hash(key) % array_length.

Closed hashing(open addressing): More complex but can be more efficient, esp for small data records.

特别地，Hash table还可以用Balanced BST来实现，如std::map, lookup的时间由$O(1)$增长为$O(log(n))$，但可能节省space cost ,且可以按照key的值有序输出pairs。

2.标准库的使用

对于C++，

map<Key,Val,key_comp> table ，对于严格弱序判断的不同定义，可以通过重载<操作符或者定义functor class实现。
注意对于map无需重载==运算符，因为 A==B 等效于 !(A<B)&&!(B<A)。

对于unordered_map<Key,Val>则更加复杂，需要定义：
(1) A hash function, 用于确定Index即hash值；(2) 重载==操作符，用于区分hash值相同的不同key。
详见：http://stackoverflow.com/questions/17016175/c-unordered-map-using-a-custom-class-type-as-the-key

对于JAVA，需要对HashMap重定义equals()与hashCode()。

3.Reverse array or string:

(1) 用头尾两个指针，相向遍历，swap元素；
(2) 顺序遍历元素，push入stack，再依次pop。

4.C++语言中2D-Array的初始化与参数传递

(1) Array的边界在Compile Time内确定

 void func(int arr[M][N]){  // M is optional, but N is required
  ...
}

(2) Array的边界在Runtime内确定，则传递二维指针

void func( int **arr, int M, int N ){
   ...
}
void main(){
   int **arr = new int*[M];   // or (int**)malloc( M * sizeof(int*) );
   for( int i = 0; i < M; i++)
      arr[i] = new int[N];   //  or (int*)malloc( N * sizeof(int) );
}

5.String Matching 常见算法

http://en.wikipedia.org/wiki/String_searching_algorithm

Let m be the length of the pattern and let n be the length of the searchable text.
Brute-Force算法： 顺序遍历字符串，遇到首字符匹配，比较substring， O(mn)

Rabin-Karp算法： Use hashing for shift searching. 将每一个匹配子串映射为一个hash值。例如，将子串看做一个多进制数，计算它的值与目标字符串的hash值比较，如果相同，再比较两个字符串是否相同。顺序shift过程中，可以增量计算hash值（扣除最高位，增加最低位）。因此能在average case下做到O(m+n)。

6.Stringstream 的基本用法
stringstream继承iostream，因此与cin，cout输入输出流等价，如>>, <<, cin.get(),getline(cin,str);
常用函数：stringstream可以将string作为参数构造新变量，或str( const string&)传入，或string str() const返回；总是可以用 while( stream.good() ) 判断字符串流的终止，用stream.ignore( 256, '.' );来跳过分隔符。

模式识别

1.统计一个元素集中元素出现的次数，用Hash Table，即std::unordered_map或std::map。只统计元素出现与否的问题，可以用bitvector即bitset，二进制数来记录。

e.g. 1 Implement an algorithm to determine if a string has all unique characters.
e.g. 2 Write a method to decide if one string is a permutation of the other.
e.g. 3 Given a newspaper and message as two strings, check if the message can be composed using letters in the newspaper.(Google interview)
e.g. 4 Find a line which passes the most number of points. ( CtCI 7.6 )

2. 处理vector，array或string问题的几点细节：

a.数组或string内前驱subproblem推出problem的问题，总是以$[0,i]$为范围，检索前驱节点 $j$ 求解当前节点 。如果只是检索特定的value，则可以用将当前value作为key建立hash table（value取决于你需要什么前驱子问题的信息），使得后驱节点每次检索的复杂度降低到$O(1)$。实际上类似于dynamic programming的思维方式，记录前驱节点的信息，用空间换取重新扫描需要的时间。

e.g.1 Given an array of integers, find two numbers such that they add up to a specific number.(Leetcode: 2Sum)

    vector<int> twoSum(vector<int> &numbers, int target) {
        unordered_map<int,int> numToIndex;
        vector<int> vi(2);
        for(auto it = numbers.begin(); it != numbers.end(); it++){
            if( numToIndex.count(target-*it) ){
                vi[0] = numToIndex[target-*it] + 1;
                vi[1] = it - numbers.begin() + 1;
                return vi;
            }
            numToIndex[*it] = it - numbers.begin();
        }
    }

e.g.2 Given an unsorted array of integers, find the length of the longest consecutive elements sequence. (Leetcode: Longest Consecutive Sequence)

struct Bound{
    int high;
    int low;
    Bound(int h = 0 , int l = 0){
        high = h;
        low = l;
    }
};
class Solution {
public:
    int longestConsecutive(vector<int> &num) {
        unordered_map<int,Bound> table;
        int local;
        int max_len = 0;
        for(int i = 0; i < num.size(); i++){
            if(table.count(num[i])) continue;
            local = num[i];
            int low = local, high = local;
            if(table.count(local-1))
                low = table[local-1].low;
            if(table.count(local+1))
                high = table[local+1].high;
            table[low].high = table[local].high = high;
            table[high].low = table[local].low = low;
            if(high - low + 1 > max_len)
                max_len = high - low + 1;
        }
        return max_len;
    }
};

b.求最值或总和的问题，总是可以在update的过程中不断记录更新，而不用再次遍历。

c.处理两个不等长的数组或string，总是可以以while( aIndex < aSize && bIndex < bSize )作为结束条件，再处理可能剩下的元素。

d.对于要求in-place的删除或修改，可以用两个int变量分别记录新index与原index，观察：如果改动后size增大，则先resize(int)，再倒序赋值；反之，则先顺序赋值，再resize.

e.g. 1 Given input "Mr John Smith", output "Mr%20John%20Smith" (CtCI 1.4)
e.g. 2 Given input "Mr%20John%20Smith" , output "Mr John Smith" (Facebook interview)
e.g. 3 Given two sorted arrays, merge B into A in sorted order. (CtCI 11.1, Leetcode: Merge Sorted Array)

3.对于修改长字符串的问题，通常可以顺序或倒序一次遍历，在O(n)内解决。对于分段处理的情况，则使用两个int变量记录段首、段尾Index来处理（slicing window）。 可以利用C++ string类的 += 操作符来增量输出结果。

e.g.1 Given input -> "I have 36 books, 40 pens2."; output -> "I evah 36 skoob, 40 2snep."(Ebay interview)
e.g.2 Compress the string "aabcccccaaa" to "a2b1c5a3"( CtCI 1.5 )
e.g.3 Leetcode: Longest Substring Without Repeating Characters.

e.g.4 Given a string S and a string T, find the minimum window in S which will contain all the characters in T in complexity O(n). (Leetcode: Minimum Window Substring)
*典型的将复杂问题划归为简单问题的思维过程：
http://paste.ofcode.org/auYff2uez54SBCzYetA6ik

如果需要将长字符串分段转换为其他变量，在可以舍弃其分隔符（空格或其他标点）的情况下，可以使用stringstream。注意+或-如果不跳过，会被认为是数字的一部分。

e.g. Convert a version( in a string format ) to a vector of integers

vector<int> verConvert( const string& str ){    //for example, "24.3.17"
    stringstream stream( str );
    vector<int> vi;
    int tmp;
    while( stream.good() ){
        stream>>tmp;
        vi.push_back(tmp);
        stream.ignore( 256, '.' );
    }   
    return vi;
}

4.对于处理array或string的问题，如果要求 constant space 且允许修改输入，则总是可以尝试排序后再操作（Sorting 或 建立hash table，本质上都是一种分类的过程，将同类元素归并到一起）。

e.g.1 Given an array of integers, find two numbers such that they add up to a specific number.(Leetcode: 2Sum)
e.g.2 Find all unique triplets in the array which gives the sum of zero.(Leetcode: 3Sum)
e.g.3 Remove duplicates from a vector of int.

5.处理2D-Array，通常可以按行遍历，按列遍历，或由外圈向内圈遍历。

e.g.1 Given an NxN matrix, rotate the matrix by 90 degrees.
e.g.2 If mat[i][j] is 0, then set the entire row and column to 0.

6.需要用数字或者bitset来映射/hash的情境， 可以利用进制数的正交性，即：数字的高位和低位是互相正交、独立的。或者反过来说，一个数用m进制来表示，只有唯一一种可能。

e.g. 1 Design a hash function that is suitable for words in a dictionary.(EPI: 12.1)
e.g. 2 A hash function for the state of a chess game.(EPI: 12.2)
e.g. 3 Implement a method rand7() given rand5().(CtCI:17.11)