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Co-authored-by: krahets <krahets@163.com>

ja/codes/python/chapter_searching/binary_search.py

@@ -0,0 +1,52 @@
+"""
+File: binary_search.py
+Created Time: 2022-11-26
+Author: timi (xisunyy@163.com)
+"""
+
+
+def binary_search(nums: list[int], target: int) -> int:
+    """二分探索（両端閉区間）"""
+    # 両端閉区間 [0, n-1] を初期化、すなわち i, j はそれぞれ配列の最初の要素と最後の要素を指す
+    i, j = 0, len(nums) - 1
+    # 検索区間が空になるまでループ（i > j のとき空）
+    while i <= j:
+        # 理論的には、Pythonの数値は無限に大きくなることができる（メモリサイズに依存）ため、大きな数のオーバーフローを考慮する必要はない
+        m = i + (j - i) // 2  # 中点インデックス m を計算
+        if nums[m] < target:
+            i = m + 1  # この場合、target は区間 [m+1, j] にあることを示す
+        elif nums[m] > target:
+            j = m - 1  # この場合、target は区間 [i, m-1] にあることを示す
+        else:
+            return m  # ターゲット要素が見つかったため、そのインデックスを返す
+    return -1  # ターゲット要素が見つからなかったため、-1 を返す
+
+
+def binary_search_lcro(nums: list[int], target: int) -> int:
+    """二分探索（左閉右開区間）"""
+    # 左閉右開区間 [0, n) を初期化、すなわち i, j はそれぞれ配列の最初の要素と最後の要素+1を指す
+    i, j = 0, len(nums)
+    # 検索区間が空になるまでループ（i = j のとき空）
+    while i < j:
+        m = i + (j - i) // 2  # 中点インデックス m を計算
+        if nums[m] < target:
+            i = m + 1  # この場合、target は区間 [m+1, j) にあることを示す
+        elif nums[m] > target:
+            j = m  # この場合、target は区間 [i, m) にあることを示す
+        else:
+            return m  # ターゲット要素が見つかったため、そのインデックスを返す
+    return -1  # ターゲット要素が見つからなかったため、-1 を返す
+
+
+"""ドライバーコード"""
+if __name__ == "__main__":
+    target = 6
+    nums = [1, 3, 6, 8, 12, 15, 23, 26, 31, 35]
+
+    # 二分探索（両端閉区間）
+    index = binary_search(nums, target)
+    print("ターゲット要素 6 のインデックス =", index)
+
+    # 二分探索（左閉右開区間）
+    index = binary_search_lcro(nums, target)
+    print("ターゲット要素 6 のインデックス =", index)

ja/codes/python/chapter_searching/binary_search_edge.py

@@ -0,0 +1,49 @@
+"""
+File: binary_search_edge.py
+Created Time: 2023-08-04
+Author: krahets (krahets@163.com)
+"""
+
+import sys
+from pathlib import Path
+
+sys.path.append(str(Path(__file__).parent.parent))
+from binary_search_insertion import binary_search_insertion
+
+
+def binary_search_left_edge(nums: list[int], target: int) -> int:
+    """最左端のターゲットの二分探索"""
+    # ターゲットの挿入位置を見つけることと同等
+    i = binary_search_insertion(nums, target)
+    # ターゲットが見つからなかった場合、-1 を返す
+    if i == len(nums) or nums[i] != target:
+        return -1
+    # ターゲットが見つかった場合、インデックス i を返す
+    return i
+
+
+def binary_search_right_edge(nums: list[int], target: int) -> int:
+    """最右端のターゲットの二分探索"""
+    # 最左端のターゲット + 1 を見つけることに変換
+    i = binary_search_insertion(nums, target + 1)
+    # j は最右端のターゲットを指し、i はターゲットより大きい最初の要素を指す
+    j = i - 1
+    # ターゲットが見つからなかった場合、-1 を返す
+    if j == -1 or nums[j] != target:
+        return -1
+    # ターゲットが見つかった場合、インデックス j を返す
+    return j
+
+
+"""ドライバーコード"""
+if __name__ == "__main__":
+    # 重複要素のある配列
+    nums = [1, 3, 6, 6, 6, 6, 6, 10, 12, 15]
+    print(f"\n配列 nums = {nums}")
+
+    # 左端と右端の境界の二分探索
+    for target in [6, 7]:
+        index = binary_search_left_edge(nums, target)
+        print(f"最左端の要素 {target} のインデックスは {index}")
+        index = binary_search_right_edge(nums, target)
+        print(f"最右端の要素 {target} のインデックスは {index}")

ja/codes/python/chapter_searching/binary_search_insertion.py

@@ -0,0 +1,54 @@
+"""
+File: binary_search_insertion.py
+Created Time: 2023-08-04
+Author: krahets (krahets@163.com)
+"""
+
+
+def binary_search_insertion_simple(nums: list[int], target: int) -> int:
+    """挿入位置の二分探索（重複要素なし）"""
+    i, j = 0, len(nums) - 1  # 両端閉区間 [0, n-1] を初期化
+    while i <= j:
+        m = i + (j - i) // 2  # 中点インデックス m を計算
+        if nums[m] < target:
+            i = m + 1  # ターゲットは区間 [m+1, j] にある
+        elif nums[m] > target:
+            j = m - 1  # ターゲットは区間 [i, m-1] にある
+        else:
+            return m  # ターゲットが見つかった場合、挿入位置 m を返す
+    # ターゲットが見つからなかった場合、挿入位置 i を返す
+    return i
+
+
+def binary_search_insertion(nums: list[int], target: int) -> int:
+    """挿入位置の二分探索（重複要素あり）"""
+    i, j = 0, len(nums) - 1  # 両端閉区間 [0, n-1] を初期化
+    while i <= j:
+        m = i + (j - i) // 2  # 中点インデックス m を計算
+        if nums[m] < target:
+            i = m + 1  # ターゲットは区間 [m+1, j] にある
+        elif nums[m] > target:
+            j = m - 1  # ターゲットは区間 [i, m-1] にある
+        else:
+            j = m - 1  # ターゲット未満の最初の要素は区間 [i, m-1] にある
+    # 挿入位置 i を返す
+    return i
+
+
+"""ドライバーコード"""
+if __name__ == "__main__":
+    # 重複要素のない配列
+    nums = [1, 3, 6, 8, 12, 15, 23, 26, 31, 35]
+    print(f"\n配列 nums = {nums}")
+    # 挿入位置の二分探索
+    for target in [6, 9]:
+        index = binary_search_insertion_simple(nums, target)
+        print(f"要素 {target} の挿入位置インデックスは {index}")
+
+    # 重複要素のある配列
+    nums = [1, 3, 6, 6, 6, 6, 6, 10, 12, 15]
+    print(f"\n配列 nums = {nums}")
+    # 挿入位置の二分探索
+    for target in [2, 6, 20]:
+        index = binary_search_insertion(nums, target)
+        print(f"要素 {target} の挿入位置インデックスは {index}")

ja/codes/python/chapter_searching/hashing_search.py

@@ -0,0 +1,51 @@
+"""
+File: hashing_search.py
+Created Time: 2022-11-26
+Author: timi (xisunyy@163.com)
+"""
+
+import sys
+from pathlib import Path
+
+sys.path.append(str(Path(__file__).parent.parent))
+from modules import ListNode, list_to_linked_list
+
+
+def hashing_search_array(hmap: dict[int, int], target: int) -> int:
+    """ハッシュ探索（配列）"""
+    # ハッシュテーブルのキー：ターゲット要素、値：インデックス
+    # ハッシュテーブルがこのキーを含まない場合、-1 を返す
+    return hmap.get(target, -1)
+
+
+def hashing_search_linkedlist(
+    hmap: dict[int, ListNode], target: int
+) -> ListNode | None:
+    """ハッシュ探索（連結リスト）"""
+    # ハッシュテーブルのキー：ターゲット要素、値：ノードオブジェクト
+    # ハッシュテーブルがこのキーを含まない場合、None を返す
+    return hmap.get(target, None)
+
+
+"""ドライバーコード"""
+if __name__ == "__main__":
+    target = 3
+
+    # ハッシュ探索（配列）
+    nums = [1, 5, 3, 2, 4, 7, 5, 9, 10, 8]
+    # ハッシュテーブルを初期化
+    map0 = dict[int, int]()
+    for i in range(len(nums)):
+        map0[nums[i]] = i  # キー：要素、値：インデックス
+    index: int = hashing_search_array(map0, target)
+    print("ターゲット要素 3 のインデックス =", index)
+
+    # ハッシュ探索（連結リスト）
+    head: ListNode = list_to_linked_list(nums)
+    # ハッシュテーブルを初期化
+    map1 = dict[int, ListNode]()
+    while head:
+        map1[head.val] = head  # キー：ノード値、値：ノード
+        head = head.next
+    node: ListNode = hashing_search_linkedlist(map1, target)
+    print("ターゲットノード値 3 に対応するノードオブジェクトは", node)

ja/codes/python/chapter_searching/linear_search.py

@@ -0,0 +1,45 @@
+"""
+File: linear_search.py
+Created Time: 2022-11-26
+Author: timi (xisunyy@163.com)
+"""
+
+import sys
+from pathlib import Path
+
+sys.path.append(str(Path(__file__).parent.parent))
+from modules import ListNode, list_to_linked_list
+
+
+def linear_search_array(nums: list[int], target: int) -> int:
+    """線形探索（配列）"""
+    # 配列を走査
+    for i in range(len(nums)):
+        if nums[i] == target:  # ターゲット要素が見つかったため、そのインデックスを返す
+            return i
+    return -1  # ターゲット要素が見つからなかったため、-1 を返す
+
+
+def linear_search_linkedlist(head: ListNode, target: int) -> ListNode | None:
+    """線形探索（連結リスト）"""
+    # リストを走査
+    while head:
+        if head.val == target:  # ターゲットノードが見つかったため、それを返す
+            return head
+        head = head.next
+    return None  # ターゲットノードが見つからなかったため、None を返す
+
+
+"""ドライバーコード"""
+if __name__ == "__main__":
+    target = 3
+
+    # 配列での線形探索を実行
+    nums = [1, 5, 3, 2, 4, 7, 5, 9, 10, 8]
+    index: int = linear_search_array(nums, target)
+    print("ターゲット要素 3 のインデックス =", index)
+
+    # 連結リストでの線形探索を実行
+    head: ListNode = list_to_linked_list(nums)
+    node: ListNode | None = linear_search_linkedlist(head, target)
+    print("ターゲットノード値 3 に対応するノードオブジェクトは", node)

ja/codes/python/chapter_searching/two_sum.py

@@ -0,0 +1,42 @@
+"""
+File: two_sum.py
+Created Time: 2022-11-25
+Author: krahets (krahets@163.com)
+"""
+
+
+def two_sum_brute_force(nums: list[int], target: int) -> list[int]:
+    """方法一：ブルートフォース列挙"""
+    # 二重ループ、時間計算量は O(n^2)
+    for i in range(len(nums) - 1):
+        for j in range(i + 1, len(nums)):
+            if nums[i] + nums[j] == target:
+                return [i, j]
+    return []
+
+
+def two_sum_hash_table(nums: list[int], target: int) -> list[int]:
+    """方法二：補助ハッシュテーブル"""
+    # 補助ハッシュテーブル、空間計算量は O(n)
+    dic = {}
+    # 単一ループ、時間計算量は O(n)
+    for i in range(len(nums)):
+        if target - nums[i] in dic:
+            return [dic[target - nums[i]], i]
+        dic[nums[i]] = i
+    return []
+
+
+"""ドライバーコード"""
+if __name__ == "__main__":
+    # ======= テストケース =======
+    nums = [2, 7, 11, 15]
+    target = 13
+
+    # ====== ドライバーコード ======
+    # 方法一
+    res: list[int] = two_sum_brute_force(nums, target)
+    print("方法一の結果 =", res)
+    # 方法二
+    res: list[int] = two_sum_hash_table(nums, target)
+    print("方法二の結果 =", res)