1.何为滑动窗口?
滑动窗口其实也是一种算法,主要有两类:一类是固定窗口,一类是可变窗口。固定的窗口只需要一个变量记录,而可变窗口需要两个变量。
2.固定窗口
就像上面这个图一样。两个相邻的长度为4的红色窗口,下一个窗口一定比前一个窗口少一个数据,以及多一个数据。
橙色为切换窗口时少的那个数据,黄色为多出来的那个数据,所以可以直接沿用之前数据,并且减去橙色数据,加上黄色数据,就是下一个窗口的值了。这就是滑动窗口的一个经典思路。
2.1 例题解析
首先题是这样的
给你一个整数数组arr和两个整数k和target。请你返回长度为k且平均值大于等于target的子数组数目。
我们可以看到他已经确定了窗口的长度,像这种滑动窗口的问题,一般都是连续字串和连续子数组的问题,在我做过的题中还没有例外,这也是滑动窗口的应用限制,必须连续。下面让我们看看怎么写:
(1)首先,统计前k个数的和sum,作为第一个窗口的值,并且判断是否满足sum>=target,如果满足,则计数器加一;
(2)然后,窗口开始右移,以后每次通过前一个相邻窗口,计算得到下一个窗口的值,并且判断条件是否满足满足则计数器加一;
(3)返回计数器的值;
nclude<iostream>
int numOfSubarrays(int* arr, int arrSize, int k, int target)
{
int r;
int sum = 0;
int cnt = 0;
for (r = 0; r < k; r++)
{
sum += arr[r];
}
if (sum >= target)cnt++;
for (r = k; r < arrSize; r++)
{
sum -= arr[r - k];
sum += arr[r];
if (sum >= target)cnt++;
}
return cnt;
}
2.2 leetcode固定窗口题目及模板总结
2.2.1 定长字串中元音的最大数目
class Solution {
public:
int check(char c)//每次遇到一个字符都需要进行判断,所以我们自己实现一个函数,避免重复代码
{
if(c=='a'||c=='e'||c=='i'||c=='o'||c=='u')
{
return 1;
}
return 0;
}
int maxVowels(string s, int k) {
int n=s.size();
int r=0;//窗口边界
int cnt=0;//计数器
int sum=0;//比较迭代的变量
for(;r<n;r++)//开始遍历
{
cnt+=check(s[r]);//向窗口内添加元素
if(r>=k)//窗口长度大于给定值
{
cnt-=check(s[r-k]);滑动直到长度等于k,减去左边元素,向右不断滑动
}
sum=max(sum,cnt);//将sum和cnt的值进行比较,这里sum其实起到了比较作用,将cnt的值存储到sum中
}
return sum;
}
};
2.2.2 长度最小的子数组
class Solution {
public:
int minSubArrayLen(int target, vector<int>& nums) {
int r;
int result=INT32_MAX;
int sum=0;
int i=0;
for(r=0;r<nums.size();r++)
{
sum+=nums[r];
while(sum>=target){
result=min(result,r-i+1);
sum-=nums[i++];
}
}
return result==INT32_MAX?0:result;
}
};
从这两道题中我们看到了一些相似的代码,这就是
2.2.3 固定窗口长度模板
int subarrays(int* arr, int k, int target)
{
int n=arr.size();//数组长度
int r;//窗口边界
int cnt = 0;//一般用来求和或者计数,视题目而定
int sum = 0;//比较迭代的变量
for (; r < n; r++)//开始遍历
{
cnt += arr[r];//向窗口内添加元素
if (r >= k)//窗口长度大于给定值
{
cnt -= arr[r - k]; //减去左边元素,向右不断滑动,直到长度等于k
}
sum = max(sum, cnt);//更新sum的值,将sum和cnt的值进行比较,这里sum其实起到了比较作用,将cnt的值存储到sum中
}
return sum;
}
3.非固定窗口
3.1 例题解析
给定一个二进制数组 nums 和一个整数 k,如果可以翻转最多 k 个 0 ,则返回 数组中连续 1 的最大个数 。
这个题怎么写呢?这个可没有说求固定长度,你翻转最多k个0之后连续1的长度最大,这个长度就是数组中连续1的最大个数,那我们就把固定长度不固定就ok了啊,下面看代码解析:
int longestOnes(vector<int>& nums, int k) {
int n=nums.size();//数组/字符串长度
int sum=0;//用于统计子数组/子区间是否有效,看题目要求,可能是求和/计数
int l=0;//双指针,代表遍历的区间
int zerocnt=0;//统计0的个数
for(int r=0;r<n;r++)
{
if(nums[r]==0)zerocnt++;//满足题目要求,计数器+1
while(zerocnt>k)//翻转0的个数大于k
{
if(nums[l++]==0)zerocnt--;//那就开始滑动窗口了,左边界开始滑动,这时候需要判断左边界的数是不是0,是0则计数器-1,滑动到计数器的值等于k
}
sum=max(sum,r-l+1);//更新sum的值
}
return sum;
}
};
相信看完代码之后大家会发现,固定长度的滑动窗口,while循环的条件都是比较长度,而非固定长度的滑动窗口,虽然不是比较长度,但也有其他的条件进行限制,具体什么条件就需要看具体的题目了。
3.2 leetcode非固定窗口题目及模板总结
3.2.1 字符串的排列
class Solution {
public:
bool checkInclusion(string s1, string s2) {
//滑动窗口
unordered_map<char, int> win, need;
//将子串的元素压入哈希表
for (auto &i : s1){
++need[i];
}
//定义边界
int right = 0, left = 0, n = s1.size(), num = s2.size(), count = 0;
//进行滑动窗口
for(;right < num;right++){
//如果可以在哈希表中找到元素就压入到窗口中
if (need.find(s2[right]) != need.end()){
++win[s2[right]];
if (need[s2[right]] == win[s2[right]]){
++count;
}
}
while(right - left + 1 >= n){
if (count == need.size()){
return true;
}
//缩小窗口
if (need.find(s2[left]) != need.end()){
//缩小窗口的步骤其实跟扩大窗口的步骤是相反的
if (need[s2[left]] == win[s2[left]]){
--count;
}
--win[s2[left]];
}
left++;
}
}
return false;
}
};
3.2.2 最短超串
class Solution {
public:
vector<int> shortestSeq(vector<int>& big, vector<int>& small) {
int n=big.size();//数组长度
unordered_map<int,int>win,need;//定义两个哈希表,一个存储子数组,一个存储窗口
for(auto a:small)//将子数组压入哈希表中便于查找和比较
{
need[a]++;
}
int l=0,r=0;//定义双指针(变量)作边界
vector<int>ans;//定义一个数组用来存储最短子数组的左端点和右端点
int count=0;//计数器,用来计算长数组出现子数组元素的次数,便于条件处理
int len=INT_MAX;//可以不断更新的长度len
//开始滑动窗口
for(;r<n;r++)
{
//扩大窗口
if(need.find(big[r])!=need.end())
{
win[big[r]]++;
if(need[big[r]]==win[big[r]])//防止重复
{
count++;
}
}
//开始缩小窗口
while(count==need.size())
{
//进行获取最短超串
if(len>r-l+1)//判断下一个窗口是否比上一个窗口长度小,如果小则更新len和ans数组的值
{
ans={l,r};
len=r-l+1;
}
如果此时窗口左端的值在子数组的哈希表中耀进行特殊处理
if(need.find(big[l])!=need.end())
{
if(need[big[l]]==win[big[l]])
{
count--;
}
win[big[l]]--;
}
l++;
}
}
return ans;
}
};
3.3.3 非固定窗口模板
int slidingWindow(vector<int> nums) {
int n = nums.size();
int ans = 0;
// 记录窗口内的元素及其个数,非必要
map<int, int> um;
// l:窗口左边界; r:窗口右边界
int l = 0, r = 0;
// r 指针负责探索新的区间,直到搜索到nums的某末尾
for(;r < n;r++) {
um[r]++;
// 如果区间不满足条件,l指针右移,窗口收缩
while (区间[l, r] is Invalid) {
um[l]--;
l++;
}
// 此处处理结果, deal with(ans, 区间[l, r])
res = max(ans, r - l + 1); // 或者res = min(ans, r - l + 1);
}
return ans;
}