[路飞]_数据结构-单调队列

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概念

单调队列首先是一个单调序列,即序列中的元素是递增或者递减的。
如果这个序列是数组的子序列,且序列中的元素相对顺序与其在原数组中的相对顺序相同,那么就把这样的单调序列称为单调队列。

应用场景

维护数组区间中的最值。

举个栗子🌰:

有如下数组及一个长度为 k 的滑动窗口,滑动窗口会从数组最左侧移动到数组的最右侧,滑动窗口每次只向右移动一位,求滑动窗口最大值,以数组形式返回列表。

nums = [1,3,-1,-3,5,3,6,7], k = 3

动画演示

单调队列.gif

主要操作

初始化

JavaScript 中,可以创建一个空数组,模拟单调队列。

插入元素

在队列末尾插入元素,插入之前需要将队列中违反单调性质的元素删除。

手写实现

// 实现单调递增队列类
class MonotonicQueue {
  // 初始化单调队列
  constructor(){
    this.queue = []
  }
  // 插入操作
  push(val){
    // 插入之前,将队列中违反单调性质的元素删除
    while(this.queue.length&&this.queue[this.queue.length-1]>=val) this.queue.pop();
    this.queue.push(val)
  }
}
const instance = new MonotonicQueue();
instance.push(1);
instance.push(3);
instance.push(-1);
instance.push(-3);
instance.push(5);
instance.push(3);
instance.push(6);
instance.push(7);
console.log(instance.queue); // [-3,3,6,7]

滑动窗口解题

// 给定数组
const nums = [1,3,-1,-3,5,3,6,7],
// 窗口宽度
k = 3,
// 初始化单调队列
queue = [],
// 初始化结果数组
res = [];
// 因为要获取窗口中的最大值,所以这里要维护的是单调递减队列,这样队首元素就维护了区间内的最大值
// 首先获取初始化窗口内元素的单调队列结果
for(let i = 0;i<k;i++){
  // 将队列中违反单调性质的元素删除
  while(queue.length&&queue[queue.length-1]<=nums[i]) queue.pop();
  // 将当前元素下标插入单调队列
  queue.push(i);
}
// 将窗口中的最大值插入到结果数组
res.push(nums[queue[0]])
// 遍历输入数组,模拟窗口滑动
for(let i = k;i<nums.length;i++){
  // 如果队首元素超出了窗口范围,则删除
  if(queue[0]<=i-k) queue.shift();
  // 将队列中违反单调性质的元素删除
  while(queue.length&&queue[queue.length-1]<=nums[i]) queue.pop();
  // 将当前元素下标插入单调队列
  queue.push(i);
  // 将窗口中的最大值插入到结果数组
  res.push(nums[queue[0]])
}
console.log(res);  // [3,3,5,5,6,7]

至此,我们就完成了单调队列的概念、应用场景及示例以及手写实现和示例问题求解的全过程。

如有任何问题或建议,欢迎留言讨论!