如何学习竞赛编程

在开始竞技编程之前，让我们先了解一下它是什么？

竞技编程

它是一项运动，通过一个人的解决问题能力来测试编码技能。解决问题的能力越强，竞技编程者的水平就越高。对于给定的情况，有不同的解决方法，但高效地解决它是优秀程序员的标志。在竞技编程中，一个人会在思考分析、逻辑推理以及解决给定问题集方面进行脑力锻炼。

为什么学习竞技编程？

在理解了竞技编程的基本概念之后，让我们来了解一下为什么应该学习它以及它流行的原因。

1. 职业发展：竞技编程使您成为亚马逊、谷歌、微软等大型产品导向型公司的理想候选人，因为这些公司非常看重优秀的解决问题能力。编码可以塑造您的职业生涯。具备良好解决问题能力的人能够获得丰厚的offer，从而获得工作机会。
   此外，如果学生来自三类或三类以下的大学，如果编码技能出色，还可以获得内部员工推荐。
2. 赢得编程竞赛：有许多著名的编程竞赛，如 Google Hash Code、Code Jam、ACM ICPC 等，学生可以参加并获得丰厚的奖品。此外，如果一个人在这些竞赛中获得好名次，很有可能获得产品导向型公司的面试机会。例如，Google Hash Code 的优秀得分者会获得谷歌软件工程师职位的面试机会。
3. 学习团队合作和促进人脉：参加编程马拉松时，通常会组成一个 3 到 10 人的团队。因此，在一个团队中，人们可以在压力下学会冷静地进行团队协作。它还能拓展人脉，因为我们可以与导师、评委等进行社交，这对我们的职业生涯有很大的促进作用。
4. 学会保持冷静和专注：竞技编程不是一两天或一两周就能学会的。要成为一名排名靠前的程序员，需要花费数年或数月的时间。这反过来又需要极大的耐心，因为它有时会让人感到压力。通常，当人们无法解决问题时，就会半途而废。积极的一面是，它教会我们如何从失败中崛起。
5. 活跃的社区：竞技编程的社群非常庞大，你可以找到大量的教程、疑难解答等。YouTube 和一些网站上有很多免费资源，初学者可以在这里学习并循序渐进到高级水平。有各种网站可以测试你的技能，如 CodeChef、Codeforces、LeetCode、AtCoder 等。
6. 长期的未来保障：随着计算机和技术时代的兴起，未来几年编码将迎来爆发式增长。因此，解决问题的能力在未来不会白费。反而，它会促进我们的职业发展并提供安全保障。

如何开始竞技编程？

1. 选择一门语言：计算机科学中有多种语言，如 C、C++、Java、Python、JavaScript、Rust、Go、Ruby 等。每种语言都有不同的库，这在竞技编程中很有帮助，因为它们效率高且节省时间。程序员可以选择自己感兴趣的语言开始竞技编程。请记住，一旦选择了语言，请确保一直坚持下去，因为中途切换可能会带来麻烦。
2. 深入学习数据结构和算法：要开始竞技编程，我们需要了解所有数据结构和算法的基本概念、时间复杂度、空间复杂度等。这将为我们提供基础，了解如何在特定问题中以最佳方式使用数据结构。执行时间取决于我们的数据结构，因为不同的数据结构有不同的操作时间。需要学习的数据结构如下：
   • 数组：数组是一种线性数据结构，一个变量可以以线性方式存储多个元素。
   • 栈：栈是一种遵循“后进先出”（LIFO）原则存储元素的数据结构。
   • 队列：队列是一种遵循“先进先出”（FIFO）原则存储元素的数据结构。
   • 链表：链表是一种数据结构，其中第一个元素存储着下一个元素的地址。
   • 树：树是一种非线性数据结构，其中元素以树的分支形式存储，第一个元素称为根节点。
   • 图：图是一种非线性数据结构，包含节点和边。图和树的区别在于，图可以被视为一个有环的树。
   • 哈希表：这种数据结构可以以关联方式存储数据。
   在算法方面，一个人应该对以下算法概念有深入的了解：
   • 时间复杂度：它是程序完成直到运行结束所花费的总时间。这个因素在竞技编程中最为重要，因为时间复杂度越低，代码的优化程度就越高。如果一个人采用朴素的方法，代码会完美运行但会给出“超时”（TLE）的提示。这只意味着我们必须更改数据结构或方法。例如，如果代码运行时间为 O(n*n)，将比运行时间为 O(n) 的代码花费更多时间。
   • 空间复杂度：它被定义为我们的程序对于给定输入范围所占用的内存。在竞技编程中，每个问题都有给定的约束。这些约束是决定数据结构和方法的提示。例如，任何程序都可以完美地处理十个输入，但对于 200 个输入会给出内存溢出的错误。这类问题可以通过空间复杂度分析来处理。
3. 学习竞技编程算法：某些算法在时间和空间限制方面很有帮助。此外，它们还有助于逻辑构建。其中一些列在下面：
   • 排序和搜索算法：排序算法（如归并排序、快速排序等）在竞技编程中非常有帮助。这些算法效率高，并且有许多优点。当数据以排序格式给出时，最常用的搜索算法是二分查找。对字符串排序算法（如 Rabin Karp、KMP 算法、Z 算法）的简要研究可以帮助进行字符串排序和操作。
   • 图算法：图在竞技编程中扮演着重要角色。这种数据结构用于不同的方式，如查找路径、到某个轨迹的最短路径等。著名的图算法有 BFS、DFS、Dijkstra 算法、Floyd Warshall 算法、Prim 算法、割点、Johnson 算法、查找图中的桥等。
   • 动态规划算法：动态规划意味着以有意义的方式使用子问题进行进一步的计算。子问题被最优地求解，以便得出优化的结果。动态规划在竞技编程中非常令人兴奋。一些算法包括最长公共子序列、最长递增子序列、背包问题、游戏中的最优策略等。
   • 数论和数学算法：数论算法用于解决数学问题，如素数测试、两个数的 GCD 等，这些问题输入值非常大。这些算法以更低的时间复杂度计算结果，因此代码不会超时。一些最重要的算法包括费马方法、模运算算法、Miller Rabin、区间筛法、素数分解算法等。
   • 位运算：处理位运算非常快速，而竞技编程正是关于这个的。有些方法可以使用位运算符（逻辑与、或、非、左移和右移）使我们的工作更轻松。
   • 几何和网络流算法：这些算法有助于解决二维和 n 维问题。图的主题，如两条线的交点、两条线的并集、斜率等，都可以轻松解决。一些算法包括凸包、线段交点、Dinic 算法、Hopcroft Karch 算法等。
   • 线段树：线段树用于解决基于范围的查询。插入、删除和更新的时间复杂度显著降低，因为它们可以即时访问。
   • 二叉索引树：它也被称为 Fenwick 树，它允许我们表示数组，从而高效地计算前缀和。
4. 选择一个平台进行练习：有许多在线网站供竞技编程者作为一项运动进行练习。其中一些是 CodeChef、Codeforces、LeetCode、AtCoder、SPOJ、HackerEarth、HackerRank 等。您可以选择其中任何一个，并开始在这些网站上练习题目。定期会有月度或周度的比赛。其中一些比赛是限时赛、长挑战赛等。您可以在这些比赛中查看您的进度。
5. 练习：程序员不是天生的，而是通过日常练习、纠正错误而炼成的。通常，当人们无法解决问题时会感到沮丧，但这是学习的迹象。所以，如果您在任何比赛中都无法解决任何问题，请不要放弃。练习和耐心将帮助您实现目标。
6. 定期参加比赛：比赛来了又去。人们一旦在某场比赛中失败，就不再参加。培养从失败中站起来的习惯。学习教程，并在比赛结束后进行练习。您会明白自己的错误，这将帮助您提升水平。组建一个同伴小组，在那里您可以讨论问题和方法。这将增强您的信心并提高解释观点的能力。