TypeScript算法题实战——剑指 Offer篇（6）

一支笔，一双手，一道力扣（Leetcode）做一宿！

在本文中，我们将使用TypeScript来解决剑指offer的算法题。这些问题涵盖了各种各样的主题，包括数组、字符串、链表、树、排序和搜索等。我们将使用TypeScript的强类型和面向对象的特性来解决这些问题，并通过实际的代码示例来演示如何使用TypeScript来解决算法问题。
题目全部来源于力扣题库：《剑指 Offer（第 2 版）》本章节包括的题目有（难度是我个人感受的难度，非官方标准）：

一、圆圈中最后剩下的数字

1.1、题目描述

0,1,···,n-1这n个数字排成一个圆圈，从数字0开始，每次从这个圆圈里删除第m个数字（删除后从下一个数字开始计数）。求出这个圆圈里剩下的最后一个数字。

例如，0、1、2、3、4这5个数字组成一个圆圈，从数字0开始每次删除第3个数字，则删除的前4个数字依次是2、0、4、1，因此最后剩下的数字是3。

示例 1：

输入: n = 5, m = 3
输出: 3

示例 2：

输入: n = 10, m = 17
输出: 2

1.2、题解

本题是著名的 “约瑟夫环” 问题，数字环是首尾相接的。

首先使用模拟法来想，首先建立一个长度为n的链表，每轮删除第m个节点，直至链表长度为1时结束，返回最后剩余的节点。但是模拟法要删除n-1轮，每轮要在链表中寻找需要m次，时间复杂度达到了O（n*m），明显会超时。

所以使用动态规划，全文最重要的点是只关心最终活着那个人的下标变化，设解为dp[i],dp[i]表示最后剩下来的数的当前下标
举个例子：

    假设有一圈数字[0,1,2,3,4,5],m=3
    我们令删除后的元素的后一个元素放在最前面方便计数
    1.删除2->[3,4,5,0,1]
    2.删除5->[0,1,3,4]
    3.删除3->[4,0,1]
    4.删除1->[4,0]
    5.删除4->[0]
    尝试反推:
    如何从最后剩下的元素的索引0反推至第一轮元素索引呢?
    注意到:2->1的过程是将删除的的元素5补在尾巴上变成[0,1,3,4,5],然后再总体向右移动m位
    变成:[3,4,5,0,1];同样地,此时的最终活下来的元素0的索引由0->3
    显然这是(idx+m)%len的结果,idx为删除5后的索引,len为补上删除元素后数组的长度

这里引一张想吃火锅的木易大佬的图，画的很清楚：

转移方程为：dp[i] = (dp[i - 1] + m)%i,代码其实很简单：

function lastRemaining(n: number, m: number): number {
    let x = 0;
    for(let i = 2; i <= n; i++)
        x = (x + m) % i;
    return x;
};

二、股票的最大利润

2.1、题目描述

假设把某股票的价格按照时间先后顺序存储在数组中，请问买卖该股票一次可能获得的最大利润是多少？

示例 1:
输入: [7,1,5,3,6,4]
输出: 5
解释: 在第 2 天（股票价格 = 1）的时候买入，在第 5 天（股票价格 = 6）的时候卖出，最大利润 = 6-1 = 5 。
注意利润不能是 7-1 = 6, 因为卖出价格需要大于买入价格。

示例 2:
输入: [7,6,4,3,1]
输出: 0
解释: 在这种情况下, 没有交易完成, 所以最大利润为 0。

2.2、题解

1️⃣:双指针算法

第一个指针保存当前遇见的最小投资点，第二个指针保存当前遇见的投资点，因为题目要求只能买卖一次，所以可边遍历边计算并保存当前最大期望收益。

一个指针记录访问过的最小值（注意这里是访问过的最小值），一个指针一直往后走，然后计算他们的差值，保存最大的即可，代码如下：

function maxProfit(prices: number[]): number {
    if(prices.length == 0)
        return 0;
    let res = 0;
    let min = prices[0];
    for(let i = 1; i < prices.length; i++){
        min = Math.min(min, prices[i]);
        res = Math.max(prices[i] - min, res);
    }
    return res;
};

2️⃣:单调栈

单调栈解决的原理很简单，我们要始终保持栈顶元素是所访问过的元素中最小的，如果当前元素小于栈顶元素，就让栈顶元素出栈，让当前元素入栈。如果访问的元素大于栈顶元素，就要计算他和栈顶元素的差值，并记录这个差值的最大值。

其实这种方法与双指针法的原理相似，只不过保存时使用的栈来保存。

function maxProfit(prices: number[]): number {
    if(prices.length == 0)
        return 0;
    let myStack = [];
    myStack.push(prices[0]);
    let max = 0;
    for(let i = 1; i < prices.length; i++){
        // 当前投资点小于之前的最佳投资点
        // 即栈顶元素大于prices[i]，那么栈顶元素出栈，
        if(myStack[myStack.length - 1] > prices[i]){
            myStack.pop();
            myStack.push(prices[i]);
        }else{
            //栈顶元素不大于prices[i]，计算prices[i]和栈顶元素的差值
            max = Math.max(max, prices[i] - myStack[myStack.length - 1]);
        }
    }
    return max;
};

3️⃣:动态规划
设动态规划列表 dp ，dp[i]代表以 prices[i]为结尾的子数组的最大利润，由于题目限定为“买卖股票一次”因此，前i日的最大利润dp[i] 等于Max（前i-1日的最大利润，第i日卖出的最大利润）

原理与前两个方法类似，只不过使用dp来保存之前的最大收益期望。

function maxProfit(prices: number[]): number {
    if(prices.length < 2)
        return 0;
    let min = prices[0];
    let dp:number[] = [0];
    for(let i = 1; i < prices.length; i++){
        min = Math.min(prices[i], min);
        dp[i] = Math.max(dp[i - 1], prices[i] - min);
    }
    return dp[prices.length - 1]
};

三、求1+2+…+n

3.1、题目描述

求 1+2+…+n ，要求不能使用乘除法、for、while、if、else、switch、case等关键字及条件判断语句（A?B:C）。

示例 1：
输入: n = 3 输出: 6

示例 2：
输入: n = 9 输出: 45

3.2、题解

最简单就是使用递归解题：

function sumNums(n: number): number {
    if(n == 0)
        return 0;
    return n + sumNums(n - 1);
};

由于题目不允许使用if关键字，所以我们使用&&运算符替换，当n大于0时都会运行后面(n += sumNums(n - 1)，达到与上述代码同样的效果。

function sumNums(n: number): number {
    return n && (n += sumNums(n - 1));
};

四、不用加减乘除做加法

4.1、题目描述

写一个函数，求两个整数之和，要求在函数体内不得使用 “+”、“-”、“*”、“/” 四则运算符号。

示例:

输入: a = 1, b = 1 输出: 2

4.2、题解

题目要求了不能使用运算符 +，-，*，/
所以我们考虑使用位运算来解决加法问题。
先从十进制来考虑加法原理，举个例子，15+17：

1. 首先计算个位相加：5 + 7 = 12，个位为2，先不考虑进位问题
2. 再计算十位相加：1 + 1 = 2， 十位为2
3. 数字个十位相加，22
4. 计算进位的数字：5 + 7 = 12，进位1，得到进位的数字有10
5. 进位数与数字相加：10 + 22 = 32

从二进制的角度来讲，15的二进制为01111,17的二进制为10001

1. 首先计算机各个位置上的数字分别相加: 01111 + 10001 = 1 1110
2. 然后计算进位的数字，1 + 1 = 10
3. 然后再计算11110 和 10 的相加，依次类推，直至后面这个数即b为0；

在位运算中，第一步可以用异或来做，即^
而计算进位的数字可以用与和左移来算，如01 & 01 = 01，然后左移即可得到进位10

function add(a: number, b: number): number {
    if(b == 0)
        return a;
    let currN = a ^ b;
    let upN = (a & b) << 1;
    return add(currN, upN);
};

五、构建乘积数组

5.1、题目描述

给定一个数组 A[0,1,…,n-1]，请构建一个数组 B[0,1,…,n-1]，其中 B[i] 的值是数组 A 中除了下标 i 以外的元素的积, 即 B[i]=A[0]×A[1]×…×A[i-1]×A[i+1]×…×A[n-1]，不能使用除法。

示例:
输入: [1,2,3,4,5]
输出: [120,60,40,30,24]

5.2、题解

首先想到的是用总乘积除以当前数，但是不能用除法，而且数组中间存在0，如果除0会出现问题。

而如果用暴力来模拟：

function constructArr(a: number[]): number[] {
    let res: number[] = [];
    for(let i = 0; i < a.length; i++){
        let temp = 1;
        for(let j = 0; j < a.length; j++){
            if(j == i)
                continue;
            temp = temp * a[j];
        }
        res.push(temp);
    }
    return res;
};

时间复杂度$O(N^2)$，会超时：

这里采用左右乘积列表方法，即构建一个左列表存储索引左侧所有数字的乘积，构建一个右列表存储索引左侧所有数字的乘积，对于给定索引 i，我们将使用它左边所有数字的乘积乘以右边所有数字的乘积。

function constructArr(a: number[]): number[] {
    let left = [1];
    let right = [];
    let res = [];
    for(let i = 1; i < a.length; i++){
        left[i] = a[i - 1] * left[i - 1];
    }
    right[a.length - 1] = 1;
    for(let i = a.length - 2; i >= 0; i--){
        right[i] = a[i + 1] * right[i + 1];
    }
    for(let i = 0; i < a.length; i++){
        res[i] = left[i] * right[i];
    }
    return res;
};

六、把字符串转换成整数

6.1、题目描述

写一个函数 StrToInt，实现把字符串转换成整数这个功能。不能使用 atoi 或者其他类似的库函数。

首先，该函数会根据需要丢弃无用的开头空格字符，直到寻找到第一个非空格的字符为止。

当我们寻找到的第一个非空字符为正或者负号时，则将该符号与之后面尽可能多的连续数字组合起来，作为该整数的正负号；假如第一个非空字符是数字，则直接将其与之后连续的数字字符组合起来，形成整数。

该字符串除了有效的整数部分之后也可能会存在多余的字符，这些字符可以被忽略，它们对于函数不应该造成影响。

注意：假如该字符串中的第一个非空格字符不是一个有效整数字符、字符串为空或字符串仅包含空白字符时，则你的函数不需要进行转换。

在任何情况下，若函数不能进行有效的转换时，请返回 0。

示例 1:

输入: “42” 输出: 42

示例 2:

输入: " -42" 输出: -42
解释: 第一个非空白字符为 ‘-’, 它是一个负号。

示例 3:

输入: “4193 with words” 输出: 4193
解释: 转换截止于数字 ‘3’ ，因为它的下一个字符不为数字。

示例 4:

输入: “words and 987” 输出: 0
解释: 第一个非空字符是 ‘w’, 但它不是数字或正、负号。因此无法执行有效的转换。

示例 5:

输入: “-91283472332” 输出: -2147483648
解释: 数字 “-91283472332” 超过 32位有符号整数范围。 因此返回 INT_MIN (−231) 。

6.2、题解

这里补充正则表达式用到的RegExp对象的match方法：match()方法是RegExp对象的一个方法，用来检索字符串中符合正则表达式规则的字符串，并将匹配到的字符串以数组形式返回，用法如下：

let regExp = new RegExp('/^[-+]?(\d+)/');
let res = str.match(regExp);

这里我们使用：正则表达式处理，提取后比较范围然后判断：

function strToInt(str: string): number {
    str = str.trim(); // 去掉前后空格
    let INT_MIN = -Math.pow(2,31), INT_MAX = Math.pow(2,31) - 1;
    let regExp = new RegExp(/^[\+\-]?\d+/);
    let res = str.match(regExp);
    console.log(res);
    if(res == null)
        return 0;
    if(res[0][0] == '-' && Number(res[0]) < INT_MIN){
        return INT_MIN;
    }
    if(Number(res[0]) > INT_MAX){
        return INT_MAX;
    }
    return Number(res[0]);
};

图简单的方法，这里可以使用parseInt() 函数，parseInt() 函数可解析一个字符串，并返回一个整数，parseInt() 函数可以处理以下情况：

1. 解析正整数：当字符串以数字开头时，parseInt() 将从字符串的开头开始解析直到遇到非数字字符。它会忽略字符串开头的空白字符，并返回解析后的整数。
2. 解析负整数：当字符串以负号（-）开头时，parseInt() 会将其视为一个负整数。
3. 处理非数字字符：当字符串中包含非数字字符时，parseInt() 将停止解析，并返回已解析的部分。例如，parseInt(“123abc”) 将返回 123。
4. 处理基数（进制）：通过提供第二个参数 radix，可以指定解析时所使用的基数。例如，parseInt(“10”, 2) 将按二进制解析字符串 “10”，返回 2。
5. 忽略浮点数部分：parseInt() 函数将忽略字符串中的小数点和小数部分。例如，parseInt(“3.14”) 将返回 3。
6. parseInt() 函数还有一些特殊情况，例如在解析以 0x 开头的字符串时会将其视为十六进制数

这里可以直接调用函数，然后判断一下最大和最小范围：

function strToInt(str: string): number {
    let m = Math.pow(2, 31);
    return Math.min(Math.max(parseInt(str) || 0, -m), m - 1);
};

七、 二叉搜索树的最近公共祖先

7.1、题目描述

给定一个二叉搜索树, 找到该树中两个指定节点的最近公共祖先。

最近公共祖先的定义为：“对于有根树 T 的两个结点 p、q，最近公共祖先表示为一个结点 x，满足 x 是 p、q 的祖先且 x 的深度尽可能大（一个节点也可以是它自己的祖先）。”

例如，给定如下二叉搜索树: root = [6,2,8,0,4,7,9,null,null,3,5]

示例 1:
输入: root = [6,2,8,0,4,7,9,null,null,3,5], p = 2, q = 8
输出: 6
解释: 节点 2 和节点 8 的最近公共祖先是 6。

示例 2:
输入: root = [6,2,8,0,4,7,9,null,null,3,5], p = 2, q = 4
输出: 2
解释:节点 2 和节点 4 的最近公共祖先是 2, 因为根据定义最近公共祖先节点可以为节点本身

7.2、题解

使用递归法，从根节点找起，显然可得最近公共祖先的值肯定是大于其中一个数，小于另外一个数，使用递归法，如果当前节点同时大于这两个数，则他两肯定在左子树当中，如果当前节点同时小于这两个数，则他两肯定在右子树当中，如此查找，直到第一次出现一个在左子树，一个在右子树则满足条件：

function lowestCommonAncestor(root: TreeNode | null, p: TreeNode | null, q: TreeNode | null): TreeNode | null {
    if(root.val > p.val && root.val > q.val){
        return lowestCommonAncestor(root.left, p, q);
    }
    if(root.val < p.val && root.val < q.val){
        return lowestCommonAncestor(root.right, p, q);
    }
    return root;
};

八、二叉树的最近公共祖先

8.1、题目描述

这一题题干跟前一题类似，唯一的不同是这里的二叉树是普通二叉树，不再是二叉搜索树

8.2、题解

同样采用递归的方法，但此时需要判断左子树是否存在p或q中的一个，判断右子树是否存在p或q中的一个，如果左子树存在一个，右子树存在一个则返回当前节点，若只有左子树存在（右边找的为空），则访问左子树，若只有右子树存在（左边找的为空），则访问右子树。

function lowestCommonAncestor(root: TreeNode | null, p: TreeNode | null, q: TreeNode | null): TreeNode | null {
	if(root == null)
        return null;
    if(root == p || root == q)
        return root;
    let left = lowestCommonAncestor(root.left, p, q);
    let right = lowestCommonAncestor(root.right, p, q);
    // 即在第一次该节点的左子树和右子树上分别找到了p 和 q
    if(left !== null && right !== null){
        return root;
    }
    // 暂时只找到一个
    else if(left == null){
        return right;
    }
    else if(right == null){
        return left;
    }
};

九、机器人的运动范围

9.1、题目描述

地上有一个m行n列的方格，从坐标 [0,0] 到坐标 [m-1,n-1] 。一个机器人从坐标 [0, 0] 的格子开始移动，它每次可以向左、右、上、下移动一格（不能移动到方格外），也不能进入行坐标和列坐标的数位之和大于k的格子。例如，当k为18时，机器人能够进入方格 [35, 37] ，因为3+5+3+7=18。但它不能进入方格 [35, 38]，因为3+5+3+8=19。请问该机器人能够到达多少个格子？

示例 1：

输入：m = 2, n = 3, k = 1
输出：3

示例 2：

输入：m = 3, n = 1, k = 0
输出：1

9.2、题解

首要要理解一下题目，题目说的是数位之和不大于k，即比如[13,12],数位之和为1+3+1+2=7，所以m = 2, n = 3, k = 1时，满足条件的有[0,0],[0,1],[1,0]三个结果
m = 3, n = 1, k = 0时，满足条件的有[0,0]一个结果。

设立res作为全局结果数量，visited数组记录是否已经被访问过，然后使用采用dfs方法遍历所有情况：

function movingCount(m: number, n: number, k: number): number {
    let res = 0;
    let visited = new Array(m).fill(0).map(()=> new Array(n).fill(false));
    function dfs(i:number, j:number){
        if(sum(i, j) > k || i < 0 || j < 0 || i >= m || j >= n || visited[i][j])
            return;
        res ++;
        visited[i][j] = true; 
        dfs(i, j + 1);
        dfs(i, j - 1);
        dfs(i - 1, j);
        dfs(i + 1, j);
    }
    function sum(i:number, j:number):number{
        return Math.floor(i / 10) + i % 10 + Math.floor(j / 10) + j % 10
    }
    dfs(0, 0);
    return res;
};

十、H 指数

10.1、题目描述

给你一个整数数组 citations ，其中 citations[i] 表示研究者的第 i 篇论文被引用的次数。计算并返回该研究者的 h 指数。

根据维基百科上 h 指数的定义：h 代表“高引用次数” ，一名科研人员的 h 指数 是指他（她）至少发表了 h 篇论文，并且每篇论文 至少 被引用 h 次。如果 h 有多种可能的值，h 指数 是其中最大的那个。

10.2、题解

先从小到大排序，然后从后往前遍历，将h因子置为0，从影响因子最大的文章开始，当citations[i] > h时，h++：文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-683438.html

function hIndex(citations: number[]): number {
    citations.sort(function(a,b){return a-b});
    let h = 0;
    for(let i = citations.length - 1; i >= 0; i--){
        if(citations[i] > h){
            h++;
        }
    }
    return h;
};

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