标题:【leetcode】双指针算法技巧------滑动窗口
@水墨不写bug
正文开始:
滑动窗口介绍
滑动窗口是一种常用的算法技巧,用于解决一些涉及 连续子数组或子串 的问题。它的基本思想是 维护一个窗口 ,通过 在窗口内移动 来寻找满足特定条件的子数组或子串。
滑动窗口算法的步骤如下:
- 初始化窗口的起始位置left和终止位置right。
- 在每一步迭代中,将窗口右移一位,即将right加1,并根据题目要求更新窗口的状态。
- 如果窗口的状态满足题目给定的条件,那么根据题目要求处理结果。
- 如果窗口的状态不满足题目给定的条件,那么将窗口左移一位,即将left加1,继续迭代。
滑动窗口算法的时间复杂度通常为O(n),其中n是数组或字符串的长度。它的优势在于可以将一些问题的时间复杂度从O(n^2)降低到O(n)。
四个必要步骤
滑动窗口的四个必要步骤:
(1)入窗口
(2)判断
(3)出窗口
(4)更新结果
对于前三条,它们的顺序一般相对彼此是固定的。更新结果的位置放在何处,需要根据题意判断。
(一)长度最小的子数组
给定一个含有
n
个正整数的数组和一个正整数target
。找出该数组中满足其总和大于等于
target
的长度最小的 连续子数组
[nums , nums + 1, ... , nums + r-1, nums + r]
,并返回其长度*。** 如果不存在符合条件的子数组,返回0
。*示例 1:
输入:target = 7, nums = [2,3,1,2,4,3] 输出:2 解释:子数组 [4,3] 是该条件下的长度最小的子数组。
示例 2:
输入:target = 4, nums = [1,4,4] 输出:1
示例 3:
输入:target = 11, nums = [1,1,1,1,1,1,1,1] 输出:0
提示:
1 <= target <= 10^9
1 <= nums.length <= 10^5
1 <= nums[i] <= 10^5
进阶:
- 如果你已经实现
O(n)
时间复杂度的解法, 请尝试设计一个O(n log(n))
时间复杂度的解法。
思路一:找出所有的情况,遍历出所有sum==k的情况,分别求其长度,找出最小的长度即可。
以用例 1 具体来说:
[ 2 , 3 , 1 , 2 , 4 , 3 ]
创建left指针标记第一个元素,创建一个right指针向后遍历,同时将两指针之间的元素求和sum,如果sum==k,将此时的len存入数组ret,最终再找出ret中的最小值即可。
更优的算法从哪里来?是从暴力算法优化而来的!
思路二:
从宏观上我们先让sum尽可能的和k的值相近,这样才可能满足sum与k相等。假设我们此时确定了一个区间:
为了满足条件,
如果sum < k,继续增加sun的值;
如果sum==k,记录len(挑最小的记录);
如果sum > k,则要减小sum的值;
现在就是确定如何加任何减的问题了。由于区间是连续的,不能有间断,所以从习惯上选择从左向右遍历,移动窗口。
这样我们就知道了,
left++,left指针向后移动实现减小sum(出窗口)
right++,right指针向后移动实现增加sum(入窗口)
参考代码:
cpp
class Solution {
public:
int minSubArrayLen(int target, vector<int>& nums) {
int n = nums.size(),len = INT_MAX,sum = 0;
/*将len初始化为很大的数,防止被求最小值的实际长度干扰*/
for(int left = 0,right = 0;right < n;++right)
{
//进窗口,sum维护
sum += nums[right];
while(sum >= target)//判断
{
len = min(len,right-left + 1);//更新结果
sum -= nums[left++];//出窗口
}
}
return len == INT_MAX ? 0 : len;
}
};
(二)无重复字符的最长字串
给定一个字符串
s
,请你找出其中不含有重复字符的 最长子串的长度。示例 1:
输入:s = "abcabcbb" 输出:3 解释: 因为无重复字符的最长子串是"abc",所以其长度为 3。
示例 2:
输入:s = "bbbbb" 输出:1 解释:因为无重复字符的最长子串是"b",所以其长度为 1。
示例 3:
输入:s = "pwwkew" 输出:3 解释:因为无重复字符的最长子串是 "wke",所以其长度为 3。 请注意,你的答案必须是 子串的长度,"pwke" 是一个子序列,不是子串。
提示:
0 <= s.length <= 5 * 10^4
s
由英文字母、数字、符号和空格组成
让滑动窗口满足:窗口内所有元素都是不重复的。做法:右端元素 ch 进⼊窗口的时候,哈希表统计这个字符的频次:
▪ 如果这个字符出现的频次超过 1 ,说明窗口内有重复元素,那么就从左侧开始划出窗口,
直到 ch 这个元素的频次变为 1 ,然后再更新结果。
▪ 如果没有超过 1 ,说明当前窗口没有重复元素,可以直接更新结果。
参考代码:
cpp
class Solution {
public:
int lengthOfLongestSubstring(string s)
{
int left = 0,right = 0,n = s.size(),ret = 0;
int hash[128] = {0};//使用数组模拟哈希表
while(right < n)
{
hash[s[right]]++;//进入窗口
//判断
while(hash[s[right]] > 1)
{
hash[s[left++]]--;//出窗口
}
ret = max(ret,right - left + 1);
right++;
}
return ret;
}
};
(三)最大连续1的个数
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 。示例 1:
输入:nums = [1,1,1,0,0,0,1,1,1,1,0], K = 2 输出:6 解释:[1,1,1,0,0,1,1,1,1,1,1] 粗体数字从 0 翻转到 1,最长的子数组长度为 6。
示例 2:
输入:nums = [0,0,1,1,0,0,1,1,1,0,1,1,0,0,0,1,1,1,1], K = 3 输出:10 解释:[0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,1,1,1,1] 粗体数字从 0 翻转到 1,最长的子数组长度为 10。
提示:
1 <= nums.length <= 10^5
nums[i]
不是0
就是1
0 <= k <= nums.length
不要自找麻烦,思路其实很简单;要换个角度思考->
这道题的结果无非就是⼀段连续的 1 中间塞了 k 个 0 嘛。
我们可以把问题转化成:求数组中一段最长的连续区间,要求这段区间内 0 的个数不超过 k 个。
参考代码:
cpp
class Solution {
public:
int longestOnes(vector<int>& nums, int k) {
int hash[2] = {0};
int n = nums.size(),ret = 0;
//if(k >= n) return n;
for(int right = 0,left = 0 ; right < n ; right++)
{
hash[ nums[right] ]++;//进窗口
while(hash[0] > k)//判断
{
hash[ nums[left++] ]--;//出窗口
}
ret = max(ret,right-left+1);
}
return ret;
}
};
(四)将x减小到0的最小操作数
给你一个整数数组
nums
和一个整数x
。每一次操作时,你应当移除数组nums
最左边或最右边的元素,然后从x
中减去该元素的值。请注意,需要 修改 数组以供接下来的操作使用。如果可以将
x
恰好 减到0
,返回最小操作数 ;否则,返回-1
。示例 1:
输入:nums = [1,1,4,2,3], x = 5 输出:2 解释:最佳解决方案是移除后两个元素,将 x 减到 0 。
示例 2:
输入:nums = [5,6,7,8,9], x = 4 输出:-1
示例 3:
输入:nums = [3,2,20,1,1,3], x = 10 输出:5 解释:最佳解决方案是移除后三个元素和前两个元素(总共 5 次操作),将 x 减到 0 。
提示:
1 <= nums.length <= 10^5
1 <= nums[i] <= 10^4
1 <= x <= 10^9
题目要求的是数组「左端+右端」两段连续的、和为 x 的最短数组;换一个角度思考->
我们可以转化成求数组内⼀段连续的、和为 sum(nums) - x 的最长数组。此时,就是熟
悉的「滑动窗口」问题了
本质和 (一)长度最小的子数组 是相同的代码结构,就一点不同------需要记录的数组长度从记录最小变成了记录最大。
参考代码:
cpp
class Solution {
public:
int minOperations(vector<int>& nums, int x) {
int sum_all = 0,n = nums.size();
for(int i = 0;i < n;i++)
{
sum_all += nums[i];
}
int target = sum_all - x,sum = 0,left = 0,right = 0,ret = -1;
if(target == 0) return n;
for(;right < n;right++)
{
sum += nums[right];//进窗口
if(sum > target)//判断,right最佳位置
{
while(sum > target && (left < right))
{
sum -= nums[left++];//出窗口
}
}
if(sum == target)
{
ret = max(ret,right-left+1);
}
}
if(ret == -1) return ret;
else return n - ret;
}
};
完~
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