LeetCode刷题day31

239. 滑动窗口最大值

给你一个整数数组 nums,有一个大小为 k 的滑动窗口从数组的最左侧移动到数组的最右侧。你只可以看到在滑动窗口内的 k 个数字。滑动窗口每次只向右移动一位。

返回滑动窗口中的最大值。

示例 1:

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

解释:

 [1 3 -1] -3 5 3 6 7 3
1 [3 -1 -3] 5 3 6 7 3
1 3 [-1 -3 5] 3 6 7 5
1 3 -1 [-3 5 3] 6 7 5
1 3 -1 -3 [5 3 6] 7 6
1 3 -1 -3 5 [3 6 7] 7

示例 2:

输入:nums = [1], k = 1
输出:[1]

示例 3:

输入:nums = [1,-1], k = 1
输出:[1,-1]

示例 4:

输入:nums = [9,11], k = 2
输出:[11]

示例 5:

输入:nums = [4,-2], k = 2
输出:[4]

思路分析(明日完善)

单调队列的使用
这道题不复杂,难点在于如何在 O(1) 时间算出每个「窗口」中的最大值,使得整个算法在线性时间完成。就需要「单调队列」这种特殊的数据结构来辅助了。

C++普通队列:

class Queue {
    void push(int n);
    // 或 enqueue,在队尾加入元素 n
    void pop();
    // 或 dequeue,删除队头元素
}

单调队列:

class MonotonicQueue {
    // 在队尾添加元素 n
    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);
}

实现单调队列数据结构
单调队列的 push 方法依然在队尾添加元素,但是要把前面比新元素小的元素都删掉; 要用到双端队列:deque

class MonotonicQueue {
private:
    deque<int> data;
public:
    void push(int n) {
        while (!data.empty() && data.back() < n) 
            data.pop_back();
        data.push_back(n);
    }
};

加入数字的大小代表人的体重,把前面体重不足的都压扁了,直到遇到更大的量级才停住。
LeetCode刷题day31
如果每个元素被加入时都这样操作,最终单调队列中的元素大小就会保持一个单调递减的顺序,因此我们的 max() API 可以可以这样写:

int max() {
    return data.front();
}

pop() API 在队头删除元素 n,也很好写:

void pop(int n) {
    if (!data.empty() && data.front() == n)
        data.pop_front();
}

之所以要判断 data.front() == n 是因为我们想删除的队头元素 n 可能已经被「压扁」了,这时候就不用删除了:
LeetCode刷题day31
至此,单调队列设计完毕.

参考代码

class MonotonicQueue {
	private:
		deque<int> Q;
	public:
		void push(int n) {
			while(!Q.empty() && Q.back() < n) { //把 < n的元素都压扁
				Q.pop_back();//从后面弹出..
			}
			Q.push_back(n);
		}
		int max() {
			return Q.front();//最大的便是对头元素
		}

		void pop(int n) {
			if(!Q.empty()&& Q.front()==n) { //如果窗口移除的元素= 最大值, 则单调队列中删除该元素.
				Q.pop_front();//从前面弹出.
			}
		}
};


//单调队列的使用
vector<int> maxSlidingWindow(vector<int>& nums, int k) {
	MonotonicQueue window;
	vector<int> res;
	for(int i = 0;i < nums.size();i++){
		if(i < k-1){//先填满窗口的k-1 
			window.push(nums[i]);
		}else{//窗口向前移动 
			window.push(nums[i]); // 窗口变成k-1 ==>右边界右移动 
			res.push_back(window.max()); //弹出最大的元素 
			window.pop(num[i-k+1]);//删除最左边的元素.==> 左边界右移动 
		} 
	} 
	return res;
}

复杂度分析

  • 时间复杂度: O ( N ) O(N) O(N): 因为每个元素只被push和pop了一次.

347. 前 K 个高频元素

给你一个整数数组 nums 和一个整数 k ,请你返回其中出现频率前 k 高的元素。你可以按 任意顺序 返回答案。

示例 1:

输入: nums = [1,1,1,2,2,3], k = 2
输出: [1,2]

示例 2:

输入: nums = [1], k = 1
输出: [1]

思路分析

这个题考察内容:

  • 要统计元素出现频率==>使用map
  • 对频率排序=>使用优先队列
  • 找出前K个高频元素

priority_queue利用max-heap(大顶堆)完成对元素的排序,这个大顶堆是以vector为表现形式的complete binary tree(完全二叉树)。
什么是堆呢?

堆是一颗完全二叉树,树中每个结点的值都不小于(或不大于)其左右孩子的值。
如果父亲结点是大于等于左右孩子就是大顶堆,小于等于左右孩子就是小顶堆。

所以我们可以用小顶堆,因为要统计最大前k个元素,只有小顶堆每次将最小的元素弹出,最后小顶堆里积累的才是前k个最大元素。(当然如果是大根堆,那么弹出前k个元素就行.)

LeetCode刷题day31

参考代码

//定义优先队列的排序规则(优先队列和常规的排序规则(如快排)正好相反
class mycomparison {
	public:
		bool operator(const pair<int,int>& l,const pair<int,int>& r) {
			return l.second > r.second;
		}
};

class Solution {

	public:
		//小顶堆
		vector<int> topKFrequent(vector<int>& nums, int k) {
			//要统计元素出现的频率
			unordered_map<int,int> map;
			for(int i = 0;i < nums.size();i++){
				map[nums[i]]++;
			}
			//对频率排序
			//定义一个小根堆,大小为k
		   priority_queue<pair<int,int>,vector<pair<int,int>>, mycomparison> Q;
			//用固定大小为k的小根堆,扫到所有频率的数值
			for(unordered_map<int,int>::iterator it = map.begin(); it!= map.end(); it++){
				Q.push(*it);
				if(Q.size()>k){
					Q.pop();
				}
			} 
			
			//找出前k个高频元素,因为小根堆先弹出的是最小的. 
			vector<int> res(k);
			for(int i = k-1; i>=0;i--){
				res[i] = Q.top().first;
				Q.pop();
			} 
			return res;
		}
};

注:pair可看做map的一个子元素模板,可以对map进行赋值,初始化等操作.

上一篇:Python编程题33--用栈实现队列


下一篇:【每日一题】2021年12月3日-232. 用栈实现队列