LeetCode - 739.每日温度问题单调栈解法

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问题描述

给定一个整数数组 temperatures ，表示每天的温度，返回一个数组 answer ，其中 answer[i] 表示在第 i 天之后，需要等待多少天才能遇到更高的温度。若未来没有更高温度，则 answer[i] = 0 。

示例：

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输入：temperatures = [73,74,75,71,69,72,76,73]
输出：[1,1,4,2,1,1,0,0]

第 0 天温度为 73，第 1 天温度为 74，因此只需等待 1 天；第 6 天温度为 76，后续没有更高温度，结果为 0。

方法思路：单调栈

核心思想

利用 单调递减栈 存储尚未找到更高温度的日期索引。栈中元素对应的温度从栈底到栈顶严格递减。遍历温度数组时，若当前温度高于栈顶温度，则栈顶元素找到了下一个更高温度的日期，计算天数差并更新结果，确保栈的单调性。

为什么用单调栈？

暴力法的不足 ：对每一天向后遍历找更高温度，时间复杂度为 O(n²)，无法处理大规模数据。
单调栈的优势 ：每个元素最多入栈和出栈一次，时间复杂度优化至 O(n)。

算法步骤

初始化 ：结果数组 ans 初始化为全 0，栈 stack 存储索引。
遍历温度数组 ：对于第 i 天的温度 T[i] ：

循环检查栈顶 ：若 T[i] > T[栈顶索引] ，说明栈顶元素的下一个更高温度是第 i 天：
弹出栈顶索引 prevIndex ，计算 ans[prevIndex] = i - prevIndex 。
维护单调性 ：将 i 压入栈，保持栈内温度递减。

返回结果 ：遍历结束后， ans 数组即为所求。

代码实现与逐行解析

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var dailyTemperatures = function (temperatures) {
    const n = temperatures.length;
    const ans = new Array(n).fill(0); // 初始化结果数组为全0
    const stack = []; // 单调栈存储索引，栈底到栈顶温度递减
    
    for (let i = 0; i < n; i++) {
        // 当前温度 > 栈顶温度时，循环处理栈顶元素
        while (stack.length && temperatures[i] > temperatures[stack[stack.length - 1]]) {
            const prevIndex = stack.pop(); // 弹出栈顶索引
            ans[prevIndex] = i - prevIndex; // 计算天数差
        }
        stack.push(i); // 当前索引入栈，保持栈的单调性
    }
    return ans;
};

初始化结果数组 ： ans 初始化为全 0，默认未来没有更高温度时结果为 0。

遍历温度数组 ：对每一天的温度进行处理。

循环处理栈顶元素 ：当栈不为空且当前温度高于栈顶温度时：

弹出栈顶索引 ：获取需要更新结果的日期 prevIndex 。

计算等待天数 ：结果为当前日期 i 与 prevIndex 的差值。

压入当前索引 ：确保栈内温度保持递减。

示例解析

以 temperatures = [73,74,75,71,69,72,76,73] 为例，逐步分析栈和结果的变化：

当前索引 `i`	当前温度 `T[i]`	栈状态 (索引)	操作	结果数组 `ans`
0	73	\[\]	0入栈	$0,0,0,0,0,0,0,0$
1	74	$0$	73 < 74 → 计算ans $0$ =1，0出栈，1入栈	$1,0,0,0,0,0,0,0$
2	75	$1$	74 < 75 → 计算ans $1$ =1，1出栈，2入栈	$1,1,0,0,0,0,0,0$
3	71	$2$	75 > 71 → 3入栈	无变化
4	69	$2,3$	71 > 69 → 4入栈	无变化
5	72	$2,3,4$	69 < 72 → 计算ans $4$ =1，4出栈；71 <72 → 计算ans $3$ =2，3出栈；75 >72 → 5入栈	$1,1,0,2,1,0,0,0$
6	76	$2,5$	72 <76 → 计算ans $5$ =1，5出栈；75 <76 → 计算ans $2$ =4，2出栈；栈空 → 6入栈	$1,1,4,2,1,1,0,0$
7	73	$6$	76 >73 → 7入栈	无变化

最终结果为 [1,1,4,2,1,1,0,0] 。

复杂度分析

时间复杂度 ：O(n)，每个元素最多入栈和出栈一次，总操作次数为 2n。
空间复杂度 ：O(n)，栈的最大空间为 n（当温度严格递减时）。

总结

单调栈通过维护温度递减的索引序列，将问题的复杂度优化至线性时间。算法核心在于利用栈的单调性快速找到下一个更高温度的日期，避免了重复遍历。这种方法在处理"寻找下一个更大元素"类问题时非常高效。