经典老番——单调队列和滑动窗口最大值

这题高中就做了两遍,感觉理解不是很透彻,今天又做到这题,写一篇题解来加深印象 看题: filefile题意不难,现在我来还原一下这题应有的完整思考过程: 本题是要求一个大区间N的每一个连续子区间k的极大(极小)值,为方便理解,先考虑最大值情况

一个很自然的想法便是枚举每一个区间,可以令i从1开始,到n-k结束,在子循环里用j枚举区间元素,每次k都需要从左至右扫描,然后更新出最大值

这个朴素做法正确性没问题,时间复杂度显然是Nk,又因为k,最差时间便是N^2本题中N,需要优化至NlogN或以下级别的时间复杂度,熟悉暴力做法后,我们来考虑优化问题:“

我们用一个队列q来维护当前所在的区间,当窗口向右滑动时,左侧元素出队,右侧元素入队,为了便于理解,我们规定左侧是头,右侧是尾

而当一个元素a[i]进入这个窗口时,我们可以发现:从区间头开始,到a[i]结束,任何比a[i]小的元素都不会成为现在问题的答案,也不会成为接下来问题的答案

这句话有点绕,但是请理解一下,我举个例子: 假设我们所在一个k=5的区间,区间元素分别是10,9,8,4,3,2——现在的答案显然是10,然后窗口向右滑动,10出队,假设新入队元素是6,现在窗口内的元素是9,8,4,3,2,6

我们可以发现,当6进入到这个窗口时,比6小的4,3,2不再可能成为答案,因为从现在开始窗口向右滑动的过程中,答案至少是6,或者比6大

这便是这道题的思想:维护一个单调的队列,控制窗口内的最大值总在队头,当有新元素进入窗口时,从队尾弹出不符合要求的元素(因为他们不会成为答案),来维护队列的单调性,每次查询时,只需输出队头的最大值即可

上面说的还是比较抽象,我们来看一个具体的例子

file这是本题的样例,现在k=3的窗口从左侧开始滑动 file

此时队列里只有一个元素1,现在窗口继续滑动 file注意!现在元素3要进入队列,我们已经知道,因为1,所以今后的任何时刻,1都不可能成为答案,我们将1出队,让3入队<img alt="file" src="https://blog.cirno.fun/wp-content/uploads/2022/08/image-1661189221183.png"></img>

窗口继续滑动——队列里加入-1,我们让-1入队即可 现在队头元素便是第一个答案——3

file

接下来窗口继续向右滑动,此时如果1还在队列中,我们需要将他出队,不过此时他已经不在了 -3入队后队列依旧单调,此时队头是第二个答案3 file现在窗口再次滑动,新的元素是5,此时队列中比5小的的3,-1,-3都不可能成为答案了,我们全部弹出,将5入队,并且打印答案5 file剩余滑动同理: filefilefile如果还没有理解,建议手推一遍上面的过程

下面是代码

#include<bits/stdc++.h>
#define P system("pause")
#define E puts("")
using namespace std;
typedef long long ll;

const int N=5e5+10;
int a[N],q[N],head=1,tail=0;
//为了方便判断队头的位置,我们的队列不储存元素的具体值,存元素在数组a[]中的位置(下标)
void initq(){
    head=1;tail=0;
}

int main(){
    //ios::sync_with_stdio(false);
    int n,k;
    scanf("%d%d",&n,&k);
    for(int i=1;i<=n;i++)
        scanf("%d",&a[i]);
    initq();//初始化队列
    for(int i=1;i<=n;i++){//注意,现在在维护区间最小值,所以答案总是小的在前,队列是单调递增的
        if(head<=tail && i-q[head]>=k)
            head++;//当队伍不为空且窗口左侧划过队头所在位置时,队头出队
        while(head<=tail && a[q[tail]]>=a[i])
            tail--; //当队伍不为空且队尾元素大于当前元素,说明这个元素不可能成为答案了,出队
        q[++tail]=i;//当前元素入队
        if(i<k)//处理窗口还没进入区间的情况,即上面最开始的两张图,此时只维护队列,不输出答案
            continue;
        printf("%d ",a[q[head]]);
    }
    E;
    initq();
    for(int i=1;i<=n;i++){//完全相同
        if(head<=tail && i-q[head]>=k)
            head++;
        while(head<=tail && a[q[tail]]<=a[i])
            tail--;
        q[++tail]=i;
        if(i<k)
            continue;
        printf("%d ",a[q[head]]);
    }
    return 0;
}

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