2021/01/02 每日一题 滑动窗口最大值

LeetCode上滑动窗口最大值,第一次做hard难度,记录下解题思路
一开始是想直接暴力循环,比如传入nums = [1,3,-1,-3,5,3,6,7], k = 3
从0位循环到nums.length - k位置,然后每次都取k范围的区间,在这个区间中循环求得最大的数,把这个数推入结果数组即可,那么就会得到下面代码

var maxSlidingWindow = function(nums, k) {
    // nums为给定数组,k为窗口大小
    if (k===1) return nums
    if (nums.length===0) return [] 
    // 返回结果数组
    let res = []
    for(let i = 0; i<=nums.length - k; i++) {
      // 从第0位开始循环取k大小的区间,并且取出这个区间中的最大值
      // Number.MIN_SAFE_INTEGER 代表最小安全值
      let num = Number.MIN_SAFE_INTEGER
      for(let j = i; j< i + k; j++) {
        // 对每个区间循环
        num = Math.max(num,nums[j])
      }
      res.push(num)
    }
    return res
};

其实上面的代码对于数组长度不大的数据还是可以处理的,但是进行最后提交的时候就会出现超时,面对数组很大的情况下,多重循环会让程序执行时间太长。


会使用到一个双端队列的方法来解决问题

Deque 的含义是 “double ended queue”,即双端队列,它具有队列和栈的性质的数据结构。顾名思义,它是一种前端与后端都支持插入和删除操作的队列。


图片来源,从这个图片上面就能很好的理解双端队列解决这个问题的原理:

  1. 保证deque数组中队首都是当前数组中的最大值,deque保存的都是index
  2. 每次遍历的时候,都会对比当前deque的队尾和目前值的大小关系,如果比当前数小,就要删除队尾,同时要一直循环直到,队尾的数字比当前数大
  3. 之后把当前数的index放入deque中
  4. 检查队头元素,如果队头元素的index已经超出了窗口范围,就要删除队头,比如目前队头是2,k=3,i=3,那么窗口就是index为[3,4,5]的数,此时队头是2,那么就要删除队头,保证deque的数据都在窗口内
  5. 当循环到了窗口所需次数之后,例如窗口为3,那么i就要循环0/1/2,3次来让窗口形成,此时deque队列的队首就是每次窗口中的最大数了。
var maxSlidingWindow = function(nums, k) {
    // 缓存数组的长度
    const len = nums.length;
    const res = [];
    const deque = [];
    for (let i = 0; i < len; i++) {
        // 队尾元素小于当前元素
        while (deque.length && nums[deque[deque.length - 1]] < nums[i]) {
            // 当deque数组存在且存在nums[deque[deque.length - 1]] 会输出当前deque数组的队尾数
            // 如果队尾数< nums[i],则删除队尾数
            deque.pop()
        }
        // 当deque不存在的时候或者nums[i]小于队尾就会保存当前数,是保存当前数的index
        deque.push(i)
        // 当队头元素的索引已经被排除在滑动窗口之外时
        while (deque.length && deque[0] <= i - k) {
             // 队头元素出对
             deque.shift()
        }
        // 从第k-1次循环开始输出结果
        if (i >= k - 1) {
            res.push(nums[deque[0]])
        }
  }
 return res
}

假设传入nums = [1,3,-1,-3,5], k = 3

第一轮: i=0 此时deque.length为0不行进行两个while循环,只会push,此时deque=[0]

第二轮: i=1 此时deque.length = 1
nums[deque[deque.length - 1]] = nums[deque[0]]=nums[0]=1
1<nums[1]= 1<3成立,删除队尾
此时deque=[],deque.length = 0,不继续循环
然后将i=1放入数组,此时数组deque=[1]
deque.length && deque[0] <= i - k = 1 < -2 不成立,
i >= k - 1 = 1>2 不成立

第三轮 i=2,此时deque.length = 1
nums[deque[deque.length - 1]] = nums[deque[0]]=nums[0]=1
1<nums[2]= 1< -1,不成立
deque.push(i)保存当前index,deque=[1,2]
此时deque.length = 2
deque.length && deque[0] <= i - k = 1 < 1 不成立
i >= k - 1 = 2>=2,成立
nums[deque[0]],放入结果数组,res=[3]

第四轮 i=3,此时deque.length = 2
nums[deque[deque.length - 1]] = nums[deque[1]]=nums[2]=-1
-1<nums[3]= -1< -3,不成立
deque.push(i)保存当前index,deque=[1,2,3],那么此时deque.length = 3
deque.length && deque[0] <= i - k = 1 < 0 不成立
i >= k - 1 = 2>=2,成立,将nums[deque[0]],放入结果数组,res=[3,3]

第五轮 i=4,此时deque.length = 3
nums[deque[deque.length - 1]] = nums[deque[2]]=nums[3]=-3
-3<nums[4]= -3< 5,成立,删除队尾
此时deque=[1,2],deque.length = 2
nums[deque[deque.length - 1]] = nums[deque[1]]=nums[2]=-1
-1<nums[4]= -1< 5,成立,删除队尾
此时deque=[1],deque.length = 1
nums[deque[deque.length - 1]] = nums[deque[0]]=nums[1]=3
3<nums[4]= 3< 5,成立,删除队尾
此时deque=[],deque.length = 0,不继续循环
上面的循环清空了整个数组,然后才推入当前数,保证deque的队首一定是最大的那个数
此时deque.push(i)保存当前index,deque=[4],那么此时deque.length = 1
deque.length && deque[0] <= i - k = 4 < 1 不成立
i >= k - 1 = 2>=2,成立,将nums[deque[0]],放入结果数组,res=[3,3,5]

此时整个for循环结束,返回res

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