最近在看数据结构和算法,努力总结出道~
TL;DR
队列的特点:先进先出。
练习:用栈实现队列
栈后进先出,队列先进先出。
思路是:「输入栈」正常push的时候,相当于队列的倒序;如果把「输入栈」的元素逐个弹出放到「输出栈」,相当于正序的队列,此时弹出就实现了先进先出。
步骤:
- 把一个栈当做「输入栈」,把另一个栈当做「输出栈」
- 当 push() 新元素的时候,进入「输入栈」
- 当 pop() 元素的时候,优先从「输出栈」弹出元素。如果「输出栈」为空,则把「输入栈」的元素逐个推进到「输出栈」中,这样「输出栈」相当于正序的队列,可以执行pop的操作了
/**
* Initialize your data structure here.
*/
var MyQueue = function () {
// 取出只能从这个栈里,如果这个栈空的话,就把inStack都放进来,再取出栈顶
this.outStack = [];
// 进队只能从这个栈里
this.inStack = [];
};
/**
* Push element x to the back of queue.
* @param {number} x
* @return {void}
*/
MyQueue.prototype.push = function (x) {
this.inStack.push(x);
};
/**
* Removes the element from in front of queue and returns that element.
* @return {number}
*/
MyQueue.prototype.pop = function () {
if (this.outStack.length) {
return this.outStack.pop();
}
while (this.inStack.length) {
this.outStack.push(this.inStack.pop());
}
return this.outStack.pop();
};
/**
* Get the front element.
* @return {number}
*/
MyQueue.prototype.peek = function () {
if (this.outStack.length) {
return this.outStack[this.outStack.length - 1];
}
while (this.inStack.length) {
this.outStack.push(this.inStack.pop());
}
return this.outStack.length && this.outStack[this.outStack.length - 1];
};
/**
* Returns whether the queue is empty.
* @return {boolean}
*/
MyQueue.prototype.empty = function () {
return !this.outStack.length && !this.inStack.length;
};
这里注意,虽然取出的操作,可能有循环,但是均摊时间复杂度其实O(1),可以简单理解为大部分的取出都是O(1)。
练习:双端队列
双端队列就是允许在队列的两端进行插入和删除的队列。
体现在编码上,最常见的载体是既允许使用 pop、push 同时又允许使用 shift、unshift 的数组。
普通办法:循环,找出每个窗口的最大值,时间复杂度O(kn)。
于是,还是用空间换时间,采用双向队列法,让复杂度变成O(n)
思路:窗口移动,维护队列,让队首始终是当前窗口的最大值的索引。队列是递减队列,存放索引,推进值之后,判断队首是不是在窗口之外,之外则移除。移除之后,新的队首就是当前窗口的最大值。
步骤:
- 遍历给定数组中的元素,
- 如果队列不为空且当前值
>队尾元素,则将队尾元素移除。直到,队列为空或当前值小于新的队尾元素,才将当前值推进队列; - 当队首元素的下标
<当前窗口左边界L时,表示队首元素已不在滑动窗口内,需要将其从队首移除。 - 此时,队首元素就是该窗口内的最大值。但由于数组下标从0开始,只有当窗口右边界
R>=k-1时,才意味着窗口形成,注意这个前提条件。
演示和思路是元素,但实际代码中,为了方便操作,队列存储的是索引。
const last = (arr) => arr[arr.length - 1];
const first = (arr) => arr[0];
var maxSlidingWindow = function (nums, k) {
// 存储最大值的数组
let res = [];
// 递减队列
let queue = [];
// 遍历,R表示滑动窗口右边界
for (let R = 0; R < nums.length; R++) {
const cur = nums[R];
// 维护递减队列,只要当前值大于队列末端,就pop,直到小于或者为空才进队
while (queue.length && cur > nums[last(queue)]) {
queue.pop();
}
queue.push(R);
// 窗口左边的指针索引
const L = R - k + 1;
// 队首的索引小于L,表示在窗口之外了,需要移除
if (first(queue) < L) {
queue.shift();
}
// 当R>=k-1的时候,窗口形成,此时队首是最大值的索引,存到res中
if (R >= k - 1) {
res[L] = nums[first(queue)];
}
}
return res;
};