算法笔记－背包

背包是一种不支持从中删除元素的集合数据类型。
就像是一只貔貅，只进不出。也可以说是像张伟。

背包上的操作

背包的API:

/*public class Bag<Item> implements Iterable<Item>            
                      Bag()                                        创建一个空背包       
                void  add(Item item)                               添加一个元素    
             boolean  isEmpty()                                    背包是否为空       
                 int  size()                                       背包中的元素数量
*/

通过API我们知道，我们能够迭代背包中的元素，向背包中添加元素，检查背包是否为空，检查背包中元素的数量，但是，我们不能删除背包中的元素。背包中元素的迭代顺序是不确定的。

背包的链表实现:

import java.util.Iterator;

public class Bag<Item> implements Iterable<Item>{
    
    //定义节点内部类,一个Node表示链表的一个节点
    private class Node{
        Item item;
        Node next;
    }
    
    //链表的首节点
    private Node first;
    private int count;
    
    //创建一个空背包
    public Bag(){
        count = 0;
    }
    
    //添加一个元素
    public void add(Item item){
        if (first == null){
            first = new Node();
            first.item = item;
        }else {
            Node oldFirst = first;
            first = new Node();
            first.item = item;
            first.next = oldFirst;
        }
        count++;
    }
    
    //判断背包是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return count==0;
    }
    
    //获得背包中的元素数量
    public int size(){
        return count;
    }
    
    //实现Iterator接口
    @Override
    public Iterator<Item> iterator() {
        return new ListIterator();
    }
    
    private class ListIterator implements Iterator<Item>{
        
        private Node current = first;
        @Override
        public boolean hasNext() {
            return current != null;
        }
        
        @Override
        public Item next() {
            Item item = current.item;
            current = current.next;
            return item;
        }
    }
}

以上就是背包的一个基本的链表实现

挑战－－随机背包

具体思路：
用数组来存储背包中的元素，在返回迭代器之前打乱数组

import java.util.Iterator;
public class RandomBag<Item> implements Iterable {
    
    //用来存储吃进来的元素的数组
    private Item[] items;
    //用来统计吃进来的元素的个数的实例变量
    private int count;
    
    //构造方法
    public RandomBag(){
        items = (Item[]) new Object[1];
        count = 0;
    }
    
    //添加一个元素
    public void add(Item item){
        if (count == items.length){
            resize(2*items.length);
            items[count] = item;
        }else{
            items[count] = item;
        }
        count++;
    }
    
    //当数组容量不足的时候将数组的容量加倍
    void resize(int newSize){
        Item[] newItems = (Item[]) new Object[newSize];
        for (int i = 0; i < items.length; i++) newItems[i] = items[i];
        items = newItems;
    }
    
    //检查背包是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return items.length == 0;
    }
    
    //检查背包中的元素个数
    public int size(){
        return count;
    }
    
    
    //实现迭代协议
    @Override
    public Iterator iterator() {
        /*
         * 在返回迭代器之前打乱数组顺序(洗牌算法)
         * */
        for (int i = 0; i < count; i++){
            Item temp = items[i];
            int selected = i + (int) (Math.random()*(count - i));
            items[i] = items[selected];
            items[selected] = temp;
        }
        /*
         * */
        
        return new RandomBagIterator();
    }
    
    private class RandomBagIterator implements Iterator<Item>{
        
        private int current;
        
        public RandomBagIterator(){
            current = 0;
        }
        @Override
        public boolean hasNext() {
            return current < count;
        }
        
        @Override
        public Item next() {
            Item item = items[current];
            current++;
            return item;
        }
    }
    
}

打乱数组的方式：
从左往右，依次从右边剩余元素中随机选择一个元素与左边的元素对换。

资源及参考

本笔记是学习普林斯顿大学算法课程以及阅读其教材《算法》第四版所作