c++ 数据结构-单调栈、单调队列 小总结

之前学习了一些单调栈、单调队列的知识点,在此做一个小总结。

单调栈

单调栈,顾名思义就是具有单调性的栈(例如递增,非递减等)。它能提高解决一些问题(如找到某个元素左边或右边第一个比它大或小的元素)的效率。

应用(例题)

解释起来非常简单,还是看例题:

P5788 【模板】单调栈 - 洛谷

给出项数为 n 的整数数列 a1...n​。

定义函数 f(i) 代表数列中第 i 个元素之后第一个大于 ai​ 的元素的下标 ,即 f(i)=mini<j≤n,aj​>ai​​{j}。若不存在,则 f(i)=0。

试求出 f(1...n)。

解法

数据范围大,每次都遍历肯定不行。这时就要用到单调栈了。

放哪种类型的单调栈呢?如果是满足题意单调递增的栈,那么好像就没意义了。那么,我们就该使用单调非递增的栈了。

首先要确定,留在栈里面的数是什么。我们这里设定,留在栈里面的数是目前为止并没有找到大于他自己的元素的数。

当每一个数将要进栈的时候,就先将栈顶元素拿出来看一看,如果栈顶元素小于它,就找到大于栈顶元素的数了,便可以将站顶的元素移除,以此类推。最后再将自己放进去即可。

代码
cpp 复制代码
#include<bits/stdc++.h>
#define ll long long
using namespace std;
ll n,f[4000050];
struct node{
	ll val,pos;
}a[4000050];
stack<node>sk;
void solve(node x){
	while(!sk.empty()){
		node y=sk.top();
		if(y.val<x.val){
			f[y.pos]=x.pos;
			sk.pop();
		}else break;
	}
	sk.push(x);
}
int main(){
	cin>>n;
	for(int i=1;i<=n;i++){
		cin>>a[i].val;
		a[i].pos=i;
		solve(a[i]);
	}
	for(int i=1;i<=n;i++){
		cout<<f[i]<<' ';
	}
	return 0;
} 

单调队列

单调栈,顾名思义还是具有单调性的队列(例如递增,非递减等)。它也能提高解决一些问题的效率。

应用(例题)

解释起来非常简单,还是看例题:

P1886 【模板】单调队列 / 滑动窗口 - 洛谷

有一个长为 n 的序列 a,以及一个大小为 k 的窗口。现在这个窗口从左边开始向右滑动,每次滑动一个单位,求出每次滑动后窗口中的最小值和最大值。

解法

数据范围大,每次都遍历肯定还是不行。这时就要用到单调队列了。

放哪种类型的单调队列呢?首先,我们思考一下。以min值为例。如果是单调递减的队列的话,我们不妨假设一下。当想要新加进来的一个数比当前队尾的元素要大,他就不会被加进来。但是如果这个元素不在滑动窗口范围内了,没有被加进来的元素成为了新的最小,就不满足要求了。

所以这个队列应该是一个单调不递减的队列。那么具体该如何解决问题呢?还是设想:如果在滑动窗口中,我们新加进去了一个数。这个数比原先的一个数出现的更晚,也就是说他会比原先的这个数更晚消失,而且这个数还比原来的数小,也就是j>i且a[j]<a[i],那么原来的数就没有存在的意义了。所以当每一个数将要进队列的时候,就先将队尾元素拿出来看一看,如果队尾元素小于它,就可以踢出去了,以此类推。最后再将自己放进去即可。

当然,当某个元素的位置超过滑动窗口的范围时,也应把他移除掉。所以我们需要一个既能移除队首元素,也能移除队尾元素的队列。这时就可以用到deque。它和queue的最大区别就是能够移除队尾元素。这样子就万事俱备了(max值同理)。

代码
cpp 复制代码
#include<bits/stdc++.h>
#define ll long long
using namespace std;
ll n,bigg[1000050],smalll[1000050],k;
struct node{
	ll val,pos;
}a[1000050];
deque<node>q1,q2;
void big_solve(node x){
	while(!q1.empty()){
		node n1=q1.front();
		if(n1.pos<=x.pos-k)q1.pop_front();
		else break;
	}
	while(!q1.empty()){
		node n1=q1.back();
		if(n1.val<=x.val)q1.pop_back();
		else break;
	}
	q1.push_back(x);
	bigg[x.pos]=q1.front().val;
}
void small_solve(node x){
	while(!q2.empty()){
		node n1=q2.front();
		if(n1.pos<=x.pos-k)q2.pop_front();
		else break;
	}
	while(!q2.empty()){
		node n1=q2.back();
		if(n1.val>=x.val)q2.pop_back();
		else break;
	}
	q2.push_back(x);
	smalll[x.pos]=q2.front().val;
}
signed main(){
	cin>>n>>k;
	for(int i=1;i<=n;i++){
		cin>>a[i].val;
		a[i].pos=i;
		big_solve(a[i]);
		small_solve(a[i]);
	}
	for(int i=k;i<=n;i++){
		cout<<smalll[i]<<' ';
	}
	cout<<endl;
	for(int i=k;i<=n;i++){
		cout<<bigg[i]<<' ';
	}
	return 0;
} 

如果大家有其他想法的,可以补充。

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