算法通关村第十六关黄金挑战——求滑动窗口中的最大值(滑动窗口与堆方法、双端队列法和直接比较法)

大家好,我是怒码少年小码。

今天这篇就讲一道题目,不难😎,但是一定要学会自己思考。

滑动窗口最大值

LeetCode 239:给你一个整数数组 nums,有一个大小为 k 的滑动窗口从数组的最左侧移动到数组的最右侧。你只可以看到在滑动窗口内的 k 个数字。滑动窗口每次只向右移动一位。返回滑动窗口中的最大值

示例 1:

  • 输入:nums = [1,3,-1,-3,5,3,6,7], k = 3
  • 输出:[3,3,5,5,6,7]

解释:滑动窗口的位置 __ 窗口内的最大值

  • [1 3 -1] -3 5 3 6 7 _______ 3
  • 1 [3 -1 -3] 5 3 6 7 _______ 3
  • 1 3 [-1 -3 5] 3 6 7 _______ 5
  • 1 3 -1 [-3 5 3] 6 7 _______ 5
  • 1 3 -1 -3 [5 3 6] 7 _______ 6
  • 1 3 -1 -3 5 [3 6 7] _______ 7

直接比较法

首先,我第一个想到的是滑动窗口+直接比较的方法,既然是求每次滑动窗口的最大值,那就维护两个指针,当两个指针每次移动的时候都求一下当前窗口内的最大值,求出后放到存放最大值的数组中。这样一直到右指针到达数组的末尾。

public int[] maxSlidingWindow(int[] nums, int k) {int left = 0;int right = k - 1;int len = nums.length- k + 1 ;int[] maxList = new int[len];while(right < nums.length){int max = nums[left];for(int i = left ; i <= right ; i++ ){if(nums[i] > max){max = nums[i];}}maxList[left] = max;left++;right++;}return maxList;
}

当然,很不幸,这种方法超出了时间限制😎🤏🕶 -> 😭。接下来讲的方法才是本篇的重点。

滑动窗口与堆

本题初始时,我们将数组 nums 的前 k个元素放入优先队列中。每当我们向右移动窗口时,我们就可以把一个新的元素放入优先队列中,此时堆顶的元素就是堆中所有元素的最大值。然而这个最大值可能并不在滑动窗口中,在这种情况下,这个值在数组 nums 中的位置出现在滑动窗口左边界的左侧。因此,当我们后续继续向右移动窗口时,这个值就永远不可能出现在滑动窗口中了,我们可以将其永久地从优先队列中移除。

我们不断地移除堆顶的元素,直到其确实出现在滑动窗口中。此时,堆顶元素就是滑动窗口中的最大值。为了方便判断堆顶元素与滑动窗口的位置关系,我们可以在优先队列中存储二元组 (num,index),表示元素num 在数组中的下标为index。

public int[] maxSlidingWindow(int[] nums, int k) {int n = nums.length;//定义优先级队列,自定义排序器,首先按照nums元素值进行降序排序,如果元素值相等,则按照数组下标值进行降序排序PriorityQueue<int[]> pq = new PriorityQueue<int[]>(new Comparator<int[]>(){public int compare(int[] pair1 , int[] pair2){return pair1[0] != pair2[0] ? pair2[0]-pair1[0]:pair2[1]-pair1[1];}});// 前k个元素入队for(int i =0;i < k ; i++){pq.offer(new int[]{nums[i],i});}// 初始化结果数组int[] ans = new int[n - k + 1];ans[0] = pq.peek()[0];// 开始滑动窗口for(int i = k ; i < n ; i++){// 新的元素入队pq.offer(new int[]{nums[i],i});// 因为已经排好序,因此可以通过peek剔除掉当前队列中为最大值但非窗口中的的元素,循环结束后则队首元素为当前队列中为最大值且是窗口中的元素while(pq.peek()[1] <= i - k){pq.poll();}ans[i - k + 1] = pq.peek()[0];}return ans;
}

首先,我们有一个整数数组 nums 和一个窗口大小 k。我们需要找到每个窗口中的最大值,并将这些最大值存储在一个新的数组 ans 中。

代码的核心是使用优先队列(PriorityQueue)来维护窗口中的元素,并根据它们的值和索引进行比较。

首先,我们创建一个优先队列 pq,并通过传入一个自定义的比较器来定义元素的比较规则。比较器中的比较规则是根据元素的值和索引进行比较,如果元素的值不相等,则按值的降序排列,如果元素的值相等,则按索引的降序排列。

接下来,我们遍历数组 nums 的前 k 个元素,并将它们添加到优先队列 pq 中。每个元素都是一个数组,包含元素的值和索引。

new int[]{nums[i], i} 是一个匿名整数数组对象的创建和初始化。它的作用是创建一个包含两个元素的整数数组,并将 nums[i] 赋值给数组的第一个元素,将 i 赋值给数组的第二个元素。

在这个特定的代码中,我们使用 new int[]{nums[i], i} 来创建一个包含当前元素值 nums[i] 和当前索引 i 的整数数组。然后,我们将这个数组添加到优先队列 pq 中,以便在后续的操作中使用。

然后,我们创建一个新的数组 ans,用于存储每个窗口的最大值。我们首先将优先队列 pq 中的最大元素的值存储在 ans 的第一个位置。

接下来,我们从第 k 个元素开始遍历数组 nums。对于每个元素,我们将其添加到优先队列 pq 中,并执行以下操作:

  1. 检查优先队列 pq 的顶部元素(最大元素)的索引是否在当前窗口范围内。如果不在范围内,说明该元素已经不在当前窗口中,我们需要将其从优先队列 pq 中移除。我们反复执行此操作,直到顶部元素的索引在当前窗口范围内。

  2. 将优先队列 pq 的顶部元素的值存储在 ans 数组中的相应位置。这个值就是当前窗口的最大值。

重复以上步骤,直到遍历完整个数组 nums

最后,我们返回数组 ans,其中包含了每个窗口的最大值。

双端队列

这种方法就当是一个小扩展

第一种方法在每个窗口内通过遍历查找最大值,时间复杂度为 O(k)。可以使用双端队列(Deque) 来优化这个过程,将当前窗口内的较小元素从队列中移除,以保持队列的头部始终是窗口内的最大值的下标。这样可以将时间复杂度降低到 O(1)。

public int[] maxSlidingWindow(int[] nums, int k) {int n = nums.length;if (n * k == 0) return new int[0];Deque<Integer> deque = new ArrayDeque<>();int[] maxList = new int[n - k + 1];for (int i = 0; i < nums.length; i++) {// 移除超出窗口范围的元素if (!deque.isEmpty() && deque.peek() < i - k + 1) {deque.poll();}// 移除窗口内小于当前元素的元素,保持队列头部始终是最大值while (!deque.isEmpty() && nums[deque.peekLast()] < nums[i]) {deque.pollLast();}//队列中加入数组的下标deque.offer(i);// 将窗口内的最大值存储在结果数组中if (i - k + 1 >= 0) {maxList[i - k + 1] = nums[deque.peek()];}}return maxList;
}
小码补充:

防止有人不了解Java中的双端队列,这里我们做一个简单的知识补充

在Java中,Deque 接口是双端队列(Double Ended Queue)的一种实现。Deque 具有队列和栈的性质,可以在队列的两端进行插入和删除操作。下面逐一解释 Deque 接口中的四个方法:poll()peek()peekLast()offer()

  1. poll() 方法用于检索并删除队列的头元素(首部元素)。如果队列为空,poll() 方法将返回 null
  2. peek() 方法用于检索队列的头元素(首部元素),但不删除它。如果队列为空,peek() 方法将返回 null
  3. peekLast() 方法用于检索队列的尾元素(尾部元素),但不删除它。如果队列为空,peekLast() 方法将返回 null
  4. offer() 方法用于在队列的尾部插入一个元素。如果队列已满,则 offer() 方法将返回 false,否则返回 true

下面是这些方法的示例用法:

import java.util.*;
public class DequeExample {public static void main(String[] args) {Deque<Integer> deque = new ArrayDeque<>();// 添加元素到队列尾部deque.offer(1);deque.offer(2);deque.offer(3);System.out.println(deque); // 输出: [1, 2, 3]// 检索并删除队列头部元素int first = deque.poll();System.out.println(first); // 输出: 1System.out.println(deque); // 输出: [2, 3]// 检索队列头部元素但不删除int peeked = deque.peek();System.out.println(peeked); // 输出: 2// 检索队列尾部元素但不删除int peekedLast = deque.peekLast();System.out.println(peekedLast); // 输出: 3}
}

总结:Deque 接口中的 poll()peek()peekLast()offer() 方法分别用于检索和操作双端队列的元素。poll() 方法从队列头部检索并删除元素,peek() 方法从队列头部检索元素但不删除,peekLast() 方法从队列尾部检索元素但不删除,offer() 方法将元素插入到队列尾部。

END

说实话,还是很有难度的,那个滑动窗口和堆的配合我也是想了半天才搞懂,不就是力扣上的难度题目,我没事😎🤏🕶 -> 😭 。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/152476.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

使用Grpc实现高性能PHP RPC服务

文档&#xff1a;Quick start | PHP | gRPC 下面将介绍使用 Grpc 和 Protobuf 实现高性能 RPC 服务的具体步骤&#xff1a; 1. 安装 Grpc 和 Protobuf 首先需要安装 Grpc 和 Protobuf。可以从官网下载相应的安装包&#xff08;Supported languages | gRPC&#xff09;或通过…

Vue 实现 Hover 功能( mouseover 与 mouseenter 的区别)

一、mouseover 和 mouseenter 的区别 1.mouseover&#xff1a;当鼠标移入元素或其子元素都会触发事件&#xff0c;所以有一个重复触发&#xff0c;冒泡过程。对应的移除事件是 mouseout 2.mouseenter:当鼠标移入元素本身&#xff08;不包含元素的子元素&#xff09;会触发事件…

python趣味编程-5分钟实现一个贪吃蛇游戏(含源码、步骤讲解)

Python 贪吃蛇游戏代码是用 Python 语言编写的。在这个贪吃蛇游戏中,Python 代码是增强您在创建和设计如何使用 Python 创建贪吃蛇游戏方面的技能和才能的方法。 Python Tkinter中的贪吃蛇游戏是一个简单干净的 GUI,可轻松玩游戏。游戏设计非常简单,用户不会觉得使用和理解…

【旅游行业】Axure旅游社交平台APP端原型图,攻略门票酒店民宿实战模板

作品概况 页面数量&#xff1a;共 110 页 兼容软件&#xff1a;Axure RP 9/10&#xff0c;不支持低版本 应用领域&#xff1a;旅游平台&#xff0c;酒店住宿 作品申明&#xff1a;页面内容仅用于功能演示&#xff0c;无实际功能 作品特色 本作品为「旅游社交平台」移动端…

灵魂拷问std::enable_shared_from_this,揭秘实现原理

灵魂拷问std::enable_shared_from_this&#xff0c;揭秘实现原理 引言 在C编程中&#xff0c;使用智能指针是一种安全管理对象生命周期的方式。std::shared_ptr是一种允许多个指针共享对象所有权的智能指针。然而&#xff0c;当一个对象需要获取对自身的shared_ptr时&#xff0…

虹科示波器 | 汽车免拆检修 | 1994款凯迪拉克fleetwood车发动机无法起动

一、故障现象 一辆1994款凯迪拉克fleetwood车&#xff0c;搭载5.7L发动机&#xff08;燃油系统采用进气歧管多点喷射&#xff0c;每个气缸都有独立的喷油器&#xff1b;点火系统只有一个点火线圈&#xff0c;带机械分电器和高压线&#xff09;&#xff0c;发动机无法起动。 二、…

浅析RSA非对称加密算法

目录 引言 凯撒密码 对称加密 非对称加密 ​编辑总结 引言 几月前在知乎上看到一个关于RSA公钥与私钥加解密的提问甚感兴趣&#xff0c;却一直没有时间去探究&#xff0c;今日浅得闲时以文记之。 在文章正式开始之前先讲一个小故事&#xff0c;在公元前58年时&#xff0c…

OpenAI GPT5计划泄露

OpenAI的首席执行官萨姆奥特曼在最近接受《金融时报》的专访时&#xff0c;分享了OpenAI未来发展的一些新动向。此外&#xff0c;他还透露了关于即将到来的GPT-5模型以及公司对AGI的长期目标的一些细节。 奥特曼指出&#xff1a; 1.OpenAI正在开发GPT-5&#xff0c;一种更先进的…

反射和序列化操作会破坏单例模式

反射和序列化操作都可能破坏单例模式的实现。 使用反射可以访问类的私有构造函数并强制创建一个新的实例&#xff0c;这将破坏单例模式的唯一性原则&#xff0c;因为它允许创建多个实例。为防止这种情况发生&#xff0c;可以通过在单例类的构造函数中添加防止多次实例化的检查…

【Python】 Python 操作PDF文档

Python 操作PDF文档 1、PDF &#xff08;便携式文件格式&#xff0c;Portable Document Format&#xff09;是由Adobe Systems在1993年用于文件交换所发展出的文件格式。 PDF主要由三项技术组成&#xff1a;衍生自PostScript&#xff1b;字型嵌入系统&#xff1b;资料压缩及传…

原理Redis-ZipList

ZipList 1) ZipList的组成2) ZipList的连锁更新问题3) 总结 1) ZipList的组成 ZipList 是一种特殊的“双端链表” &#xff0c;由一系列特殊编码的连续内存块组成。可以在任意一端进行压入/弹出操作, 并且该操作的时间复杂度为 O(1)。 ZipListEntry: ZipList 中的Entry并不像…

elementUI-表单-校验

配置校验 1、在el-form 标签上配置 <el-form ref"form" :model"form" label-width"120px" :rules"rules"><!-- 若干个的el-form-item标签 --> </el-form>其中 :model“form” 必须配置 表单数据对象 form 指的是…

怎么在echarts图上左右滑动切换数据区间

说在前面 不管前端还是后端&#xff0c;大家或多或少都了解使用过echarts图表吧&#xff0c;很多时候我们只是需要展示指定区间的数据&#xff0c;但有时我们希望在图表上能够轻松地切换数据的展示区间&#xff0c;以便更清晰地观察特定时间段或区域的变化。在本文中&#xff0…

【小爱学大数据】FlinkKafkaConsumer

今天小爱学习FlinkKafkaConsumer。 Apache Flink 是一个流处理和批处理的开源框架&#xff0c;它提供了数据流程序设计模型&#xff0c;以及运行环境和分布式执行引擎。FlinkKafkaConsumer 是 Flink 提供的一个 Kafka 消费者&#xff0c;用于从 Kafka 中消费数据。 下面是一个使…

kafka max.poll.records用法介绍

一、max.poll.records是什么 max.poll.records是Kafka consumer的一个配置参数&#xff0c;表示consumer一次从Kafka broker中拉取的最大消息数目。默认值为500条。 在Kafka中&#xff0c;一个consumer group可以有多个consumer实例&#xff0c;每个consumer实例负责消费一个…

贪吃蛇游戏制作

首先在ecilsp里面创建两个包&#xff0c;启动和图形界面 在创建一个文件夹用来放图片 1.绘制图形界面 package com.snaketuxing.view;import java.awt.Color; import java.awt.EventQueue; import java.awt.Font; import java.awt.Frame; import java.awt.Graphics; import …

Element UI 禁用数字输入框组件添加鼠标滚动事件

Element UI 禁用数字输入框组件添加鼠标滚动事件 <el-input type"number" mousewheel.native.prevent DOMMouseScroll.native.prevent :min"0" onkeyup"this.valuethis.value.match(/\d\.?\d{0,2}/);"v-model"form.threeYearDevelop…

实验三 循环结构程序设计(Python)

第1关:打印图形 zm=input("") #代码开始#代码结束def print_pattern(letter):if not letter.isalpha() or not letter.isupper():print("请输入大写字母")returnstart_char = Aend_char = letterfor i in range(ord(start_char), ord(end_char) + 1):spa…

win10蓝屏重启故障修复经验分享

1. 安全模式&#xff1a;尝试进入安全模式&#xff0c;按住Shift键并同时点击“重新启动”选项。然后选择“故障排除”>“高级选项”>“启动设置”>“重新启动”。在启动设置页面&#xff0c;按下F4或按4键选择进入安全模式&#xff0c;观察是否仍然出现蓝屏重启问题。…

cmake+OpenCV4.8.0+contrib4.8.0+cuda 12.2编译踩坑

cmakeOpenCV4.8.0contrib4.8.0cuda 12.2编译踩坑 准备工具 cmake &#xff08;去官网下载&#xff09;OpenCV 我下载的是官网发布最新的稳定版本对应的源码&#xff0c;官网目前是4.8.0&#xff0c;github下一个&#xff08;连不上的可以网上找找资源或者科学上网&#xff09…