[907] 子数组的最小值之和

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这题如果用动态规划方法求解,复杂度O(n^2),在给定的数据规模下,肯定超时。

转变思路,计算数组中的第i个元素arr[i]可以作为多少个子数组的最小值,这个数量记为T_i,那么arr[i]提供的子数组最小值和就是arr[i] * T_i。然后遍历一遍arr,就能求出本题的答案了。

那么问题就变成了怎么计算T_i了,加入arr[i]左边有3个数小于arr[i]arr[i]右边有1个数小于arr[i],那么这种情况下的T_i=(3+1)*(1+1)=8。可以看出,只要找到arr[i]左右两边第一个小于arr[i]的数的位置。

这个问题如果用遍历试探去找的话,复杂度还是O(n^2)还是会超时,这里介绍单调栈方法,可以栈O(n)的复杂度内计算出左边最近的小于arr[i]的数(的位置)。

  1. 对于当前遍历的元素arr[i],观察栈顶的元素,如果栈顶的元素大雨等于当前元素,就把栈顶元素出栈,重复这个过程,直到栈为空或者栈顶元素小于当前元素,这样我们就找到了arr[i]左边第一个比arr[i]小的数(位置)了。
  2. 然后再把arr[i]入栈,由于之前栈为空或者栈顶元素小于arr[i],这样栈还保持单调递增的性质。
class Solution:
    def sumSubarrayMins(self, arr: List[int]) -> int:
        n = len(arr)
        base = 10**9+7
        res = 0
        stack = []
        prev = [0]*n
        next = [0]*n
        for i in range(n):
            while stack and arr[i] < stack[-1][0]:
                stack.pop()
            
            prev[i] = stack[-1][1] if stack else -1
            stack.append([arr[i], i])

        stack = []
        for i in reversed(range(n)):
            while stack and arr[i] <= stack[-1][0]:
                stack.pop()
            
            next[i] = stack[-1][1] if stack else n
            stack.append([arr[i], i])
        
        # print(prev)
        # print(next)
        for i in range(n):
            res = (res + arr[i] * (i-prev[i])*(next[i]-i)) % base
        return res

总结:

单调栈的本质:快速找到左边、右边最近的大于或小于自身的值(或位置)。
如果要找最近小于自身的数(位置),使用单调递增栈,栈顶小于自身就是结果。
如果要找最近大于自身的数(位置),使用单肩递减栈,栈顶大于自身就是结果。

单调队列的本质:在运行的过程中,能够快速找到前K个或后K个中的最值。
能够维护一个区间的最值,这个区间的两个下标在运行过程中,都是往右跑,不会往左跑。

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