1. 程式人生 > 其它 >打敗演算法 —— 滑動視窗最大值

打敗演算法 —— 滑動視窗最大值

本文參考

出自LeetCode上的題庫 —— 滑動視窗最大值,一般的雙指標解法會導致時間超時,需要藉助大根堆(大頂堆)實現

https://leetcode-cn.com/problems/sliding-window-maximum/

滑動視窗最大值問題

給定一個整數陣列nums,有一個大小為k的滑動視窗從陣列的最左側移動到陣列的最右側,每次只向右移動一位

返回滑動視窗每次移動後,視窗中的最大值

示例1:
輸入:nums = [1, 3, -1, -3, 5, 3, 6, 7], k = 3
輸出:[3, 3, 5, 5, 6, 7]
解釋:
滑動視窗的位置 最大值
--------------- -----
[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

解題思路

第一種解法是直接利用雙指標,讓$left$和$right$指標每次向右移動一個位置,每次移動後求取視窗內子串的最大值。但這種直觀的思路會導致時間超時,若陣列的長度為$n$,視窗長度為$k$,時間複雜度為$O(nk)$

第二種解法是藉助python的heapq小根堆函式庫,如果需要大根堆的效果,只需對陣列的每個值取負值。建立堆的時間複雜度為$O(n)$,修改堆的時間複雜度為$O(logn)$,這時可能會問,我每次從堆裡刪除不在視窗中的元素,再向堆裡插入視窗中新增的元素,還是很耗時啊?實際上,我們不需要在視窗移動時,每次都刪除堆中不需要的元素,只要保證堆頂的元素在視窗中就行,從而減少堆的pop操作

雙指標解法(超時)

class Solution:
  def
max_sliding_window(self, nums: List[int], k: int) -> List[int]:
    left = 0
    right = k
    ans = list()
    while right <= len(nums):
      curr = max(nums[left:right])
      ans.append(curr)
      left += 1
      right += 1
    return ans

大根堆解法(nlogn)

def max_sliding_window(self

, nums: List[int], k: int) -> List[int]:
  n = len(nums)
  # 預設是小根堆,新增負號變成大根堆 

  q = [(-nums[i], i) for i in range(k)]
  heapq.heapify(q)

  ans = [-q[0][0]]
  for i in range(k, n):
    heapq.heappush(q, (-nums[i], i))
    # 不斷地移除堆頂的元素,直到其確實出現在滑動視窗中 

    while q[0][1] <= i - k:
      heapq.heappop(q)
      ans.append(-q[0][0])
  return ans