算法笔记——滑动窗口

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滑动窗口总结来看只有两类题型最为常见,一种是普通的滑动窗口,维护一个窗口,在窗口中寻找符合条件的最长字数组或者子串;还有一种是还要维护一个单调队列,在滑动窗口中寻找通过单调队列的排序寻找最值

基本框架

滑动窗口由一对不断变化边界的双指针实现,双指针不断维护窗口的大小和左右边界,然后更新窗口内的答案,窗口大小是由题目规定的:

// 使用合适的数据结构做窗口
XXX<> windows = new XXX<>();
// 初始化左右边界
int left = 0,right = 0;
// 维护右边界
while(right < nums.size()){
    // 窗口添加元素
    windows.add(nums[right]);
    right ++;
    //在此处进行窗口内数据的更新
    
    /**更新完成可以选择debug**/
    
    
    // 维护左边界
    while(判断窗口是否需要收缩){
    //  窗口缩小
        windows.remove(left);
        left ++;
        //在此处进行窗口内数据的更新
        
    }
}

这样的时间复杂度是O(n),遍历一次数组就可以得出结果了

例题

最小覆盖字串

给你一个字符串 s 、一个字符串 t 。返回 s 中涵盖 t 所有字符的最小子串。如果 s 中不存在涵盖 t 所有字符的子串,则返回空字符串 "" 。

注意:

  • 对于 t 中重复字符,我们寻找的子字符串中该字符数量必须不少于 t 中该字符数量。
  • 如果 s 中存在这样的子串,我们保证它是唯一的答案。

示例 1:

输入: s = "ADOBECODEBANC", t = "ABC"
输出: "BANC"
解释: 最小覆盖子串 "BANC" 包含来自字符串 t 的 'A''B''C'

示例 2:

输入: s = "a", t = "a"
输出: "a"
解释: 整个字符串 s 是最小覆盖子串。

示例 3:

输入: s = "a", t = "aa"
输出: ""
解释: t 中两个字符 'a' 均应包含在 s 的子串中,
因此没有符合条件的子字符串,返回空字符串。

提示:

  • m == s.length
  • n == t.length
  • 1 <= m, n <= 105
  • s 和 t 由英文字母组成

进阶: 你能设计一个在 o(m+n) 时间内解决此问题的算法吗?

class Solution {
    public String minWindow(String s, String t) {
        Map<Character,Integer> need = new HashMap<>();
        Map<Character,Integer> window = new HashMap<>();
        // 定义左右边界
        int left = 0,right = 0;
        // 保存需要统计的元素
        for(char c:t.toCharArray()){
            need.put(c,need.getOrDefault(c,0) + 1);
        }
        // 窗口中满足需要的字符个数
        int nums = 0;
        // 最小覆盖字串索引的起始点和结束点
        int start = 0,len = Integer.MAX_VALUE;
        // 开始维护右边界
        while(right < s.length()){
            char c = s.charAt(right);
            right ++;
            // 更新窗口内数据
            // 判断该元素是否是被需要的
            if(need.containsKey(c)){
                window.put(c,window.getOrDefault(c,0) + 1);
                // 如果元素在窗口内出现次数和t字符串内数字一样,则更新字符串个数
                if(window.get(c).equals(need.get(c))){
                    nums ++;
                }
            }
            // 更新左边界
            // 判断窗口内数据数量
            while(nums == need.size()){
                // 更新最小覆盖子串的长度
                if(right - left < len){
                    start = left;
                    len = right - left;
                }
                // 移除窗口的字符
                char d = s.charAt(left);
                // 缩小窗口
                left ++;
                if(need.containsKey(d)){
                    if(window.get(d).equals(need.get(d))){
                        nums --;
                    }
                    window.put(d,window.get(d) - 1);
                }
            }
        }
    // 返回最小覆盖子串
    return len == Integer.MAX_VALUE ?
        "" : s.substring(start, start + len);
    }
}

单调队列

单调队列一般用于寻找窗口内最值,当数据加入到队列时,队列会自动比较队列内数据的大小

class MyQueue{

 // 在队尾添加元素 n,在push的时候维护队列内元素的排列
 void push(int n);
 
 // 返回当前队列中的最大值
 int max();
 
 // 队头元素如果是 n,删除它
 void pop(int n);
 
}