单调队列【C/C++】

当我在网上搜索了一大堆单调队列的文章后,

我人傻了!?

单调队列不应该很难吗??

不应该是,像 优先队列 那样,站在 的肩膀上,极尽升华吗???

好吧,我接受了这个事实,单调队列,本质上就是自己手搓一个函数。

然后....没了

单调队列,是一种思想!

简单的说,是用 deque 维护一个,单调递增或者递减的 长得像队列一样的玩意!

举一个简单的例子,

对于数组 [3, 1, 4, 2, 5] 和窗口大小 3,窗口从左向右滑动:

  1. 窗口 [3, 1, 4]:队列为 [4](最大值为 4)。
  2. 窗口滑动到 [1, 4, 2]:队列为 [4, 2],但 4 仍为最大值。
  3. 窗口滑动到 [4, 2, 5]:移除队尾比 5 小的元素 2,队列为 [5],最大值为 5。

大家看到没,队列内部,从始至终,都是从大到小。

通过这种方式,单调队列能够在线性时间内解决滑动窗口最值问题,相比 暴力解法 大幅优化了效率。

当然啦,只是知道思想,肯定远远不够,上题目!

一维窗口 用来练手,

二维窗口 用来拔高!

一、滑动窗口最大值(一维)

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:

复制代码
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                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

示例 2:

复制代码
输入:nums = [1], k = 1
输出:[1]

提示:

  • 1 <= nums.length <= 105
  • -104 <= nums[i] <= 104
  • 1 <= k <= nums.length
cpp 复制代码
class Solution {
    // 单调队列,就是维持deque单调递增/递减,是一种解决滑动窗口的思想,两端一起改变
    // 切记,这个单调,是允许存在等于的!只要不破坏总体下滑或上升曲线就行。
public:
    vector<int> maxSlidingWindow(vector<int>& nums, int k) {
        deque<int> dq;
        vector<int> vec;
        for(int i=0; i<k; ++i){
            while(!dq.empty() && dq.back()<nums[i]) dq.pop_back(); 
            dq.push_back(nums[i]);
        }
        vec.push_back(dq.front());
        for(int i=k; i<nums.size(); ++i){
            if(dq.front()==nums[i-k]) dq.pop_front();
            while(!dq.empty() && dq.back()<nums[i]) dq.pop_back();
            dq.push_back(nums[i]);
            vec.push_back(dq.front());   
        }
        return vec;
    }
};
二、子矩阵 (二维)

问题描述

给定一个 n×mn×m (nn 行 mm 列)的矩阵。设一个

矩阵的价值为其所有数中的最大值和最小值的乘积。求给定矩阵的所有大小为 a×ba×b (aa 行 bb 列)的子矩阵的价值的和。

答案可能很大,你只需要输出答案对 998244353998244353 取模后的结果。

输入格式

输入的第一行包含四个整数分别表示 nn,mm,aa,bb,相邻整数之间使用一个空格分隔。接下来

nn 行每行包含 mm 个整数,相邻整数之间使用一个空格分隔,表示矩阵中的每个数 Ai,jAi,j​。

输出格式

输出一行包含一个整数表示答案。

样例输入

复制代码
2 3 1 2
1 2 3
4 5 6

样例输出

复制代码
58

样例说明

1×2+2×3+4×5+5×6=581×2+2×3+4×5+5×6=58。

评测用例规模与约定

对于 4040% 的评测用例,1≤n,m≤1001≤n,m≤100;

对于 7070% 的评测用例,1≤n,m≤5001≤n,m≤500;

对于所有评测用例,1≤a≤n≤10001≤a≤n≤1000,1≤b≤m≤10001≤b≤m≤1000,1≤Ai,j≤1091≤Ai,j​≤109。

cpp 复制代码
#include <iostream>
#include <deque>
using namespace std;
/*
  本题,直接将滑动窗口拆开,思路之巧妙
  学习并锻炼到了非常多细节,比如数组应用,deque非空,deque维持下标。
*/
#define ll long long
const ll mod = 998244353;
const int N = 1e3+5;
ll matrix_max[N][N],matrix_min[N][N];
ll matrix[N][N];
deque<ll> d;
void get_max(ll A[], ll B[], int len, int k){ // len遍历长度, k为区间
    d.clear(); // 清理
    for(int i=1; i<=len; ++i){ // 增加
        if(!d.empty()&&d.front()<i-k+1) d.pop_front(); // 可能为空
        while(!d.empty() && A[d.back()] < A[i] ) d.pop_back();
        d.push_back(i);
        B[i] = A[d.front()];
    }
}
void get_min(ll A[], ll B[], int len, int k){
    d.clear();
    for(int i=1; i<=len; ++i){ // 增加
        if(!d.empty()&&d.front()<i-k+1) d.pop_front();
        while(!d.empty()&&A[d.back()]>A[i]) d.pop_back();
        d.push_back(i);
        B[i] = A[d.front()];
    }
}

int main(){
    int n,m,a,b;
    scanf("%d %d %d %d",&n,&m,&a,&b);

    for(int i=1; i<=n; ++i)
        for(int j=1; j<=m; ++j)
            scanf("%lld",&matrix[i][j]);

    for(int i=1; i<=n; ++i) get_max(matrix[i],matrix_max[i],m,b);
    for(int i=1; i<=n; ++i) get_min(matrix[i],matrix_min[i],m,b);

    ll sum = 0;
    for(int i=b; i<=m; ++i){ // 遍历可能性
        ll temp[N];
        ll t_max[N],t_min[N];
        for(int j=1; j<=n; ++j) temp[j]=matrix_max[j][i];
        // 极限赋值
        get_max(temp,t_max,n,a);
        for(int j=1; j<=n; ++j) temp[j]=matrix_min[j][i];
        get_min(temp,t_min,n,a);
        for(int j=a; j<=n; ++j){
            sum = (sum+(t_min[j]*t_max[j]%mod))%mod;
        }
    }
    cout<<sum<<endl;
    return 0;
}

借鉴博客:

1、算法学习笔记(66): 单调队列

2、【C++】单调队列 详解


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