线性表--单调栈

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了线性表--单调栈相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

目录

前言

一、单调栈简介

1.1 单调递增栈

1.2 单调递减栈

二、单调栈适用场景

2.1 寻找左侧第一个比当前元素大的元素

2.2 寻找左侧第一个比当前元素小的元素

2.3 寻找右侧第一个比当前元素大的元素

2.4 寻找右侧第一个比当前元素小的元素

三、单调栈模板

3.1 单调递增栈模板(python代码)

3.2 单调递减栈模板(python代码)

总结


前言

栈的存储结构分为顺序存储结构和链式存储结构,并且为了解决部分需求,引入单调栈的概念。


一、单调栈简介

单调栈(Monotone Stack):一种特殊的栈。在栈的「先进后出」规则基础上,要求从 栈顶栈底 的元素是单调递增(或者单调递减)。其中满足从栈顶到栈底的元素是单调递增的栈,叫做单调递增栈。满足从栈顶到栈底的元素是单调递减的栈,叫做单调递减栈。

注意:这里定义的顺序是从「栈顶」到「栈底」,其它文章若是从栈底到栈顶,则要具体情况具体分析,本文是从栈顶到栈底。

1.1 单调递增栈

只有比栈顶元素小的元素才能直接进栈,否则需要先将栈中比当前元素小的元素出栈,再将当前元素入栈。

这样就保证了:栈中保留的都是比当前入栈元素大的值,并且从栈顶到栈底的元素值是单调递增的。

单调递增栈的入栈、出栈过程如下:

  • 假设当前进栈元素为 x,如果栈顶元素大于 x,则直接入栈。
  • 否则从栈顶开始遍历栈中元素,把小于 x 或者等于 x 的元素弹出栈,直到遇到一个大于 x 的元素为止,然后再把 x 压入栈中。

1.2 单调递减栈

只有比栈顶元素大的元素才能直接进栈,否则需要先将栈中比当前元素大的元素出栈,再将当前元素入栈。

这样就保证了:栈中保留的都是比当前入栈元素小的值,并且从栈顶到栈底的元素值是单调递减的。

单调栈减栈的入栈、出栈过程如下:

  • 假设当前进栈元素为 x,如果栈顶元素大于 x,则直接入栈。
  • 否则从栈顶开始遍历栈中元素,把大于 x 或者等于 x 的元素弹出栈,直到遇到一个小于 x 的元素为止,然后再把 x 压入栈中。

二、单调栈适用场景

单调栈可以在时间复杂度为O(n)的情况下,求解出某个元素左边或者右边第一个比它大或者小的元素。

所以单调栈一般用于解决以下几种问题:

  • 寻找左侧第一个比当前元素大的元素
  • 寻找左侧第一个比当前元素小的元素
  • 寻找右侧第一个比当前元素大的元素
  • 寻找右侧第一个比当前元素小的元素

2.1 寻找左侧第一个比当前元素大的元素

  • 从左到右遍历元素,构造单调递增栈(从栈顶到栈底递增):一个元素左侧第一个比它大的元素就是将其「插入单调递增栈」时的栈顶元素。如果插入时的栈为空,则说明左侧不存在比当前元素大的元素。

2.2 寻找左侧第一个比当前元素小的元素

  • 从左到右遍历元素,构造单调递减栈(从栈顶到栈底递减):一个元素左侧第一个比它小的元素就是将其「插入单调递减栈」时的栈顶元素。如果插入时的栈为空,则说明左侧不存在比当前元素小的元素。

2.3 寻找右侧第一个比当前元素大的元素

  • 从左到右遍历元素,构造单调递增栈(从栈顶到栈底递增):一个元素右侧第一个比它大的元素就是将其「弹出单调递增栈」时即将插入的元素。如果该元素没有被弹出栈,则说明右侧不存在比当前元素大的元素。
  • 从右到左遍历元素,构造单调递增栈(从栈顶到栈底递增):一个元素右侧第一个比它大的元素就是将其「插入单调递增栈」时的栈顶元素。如果插入时的栈为空,则说明右侧不存在比当前元素大的元素。

2.4 寻找右侧第一个比当前元素小的元素

  • 从左到右遍历元素,构造单调递减栈(从栈顶到栈底递减):一个元素右侧第一个比它小的元素就是将其「弹出单调递减栈」时即将插入的元素。如果该元素没有被弹出栈,则说明右侧不存在比当前元素小的元素。
  • 从右到左遍历元素,构造单调递减栈(从栈顶到栈底递减):一个元素右侧第一个比它小的元素就是将其「插入单调递减栈」时的栈顶元素。如果插入时的栈为空,则说明右侧不存在比当前元素小的元素。

三、单调栈模板

以从左到右遍历元素为例,介绍一下构造单调递增栈和单调递减栈的模板。

3.1 单调递增栈模板(python代码)

def monotoneIncreasingStack(nums):
	stack = []
	for num in nums:
		while stack and num >= stack[-1]:
			stack.pop()
		stack.append(num)

3.2 单调递减栈模板(python代码)

def monotoneDecreasingStack(nums):
	stack = []
	for num in nums:
		while stack and num <= stack[-1]:
			stack.pop()
		stack.append(num)

总结

可以应用单调栈来刷一下力扣的几道题!

496.下一个更大的元素

739.每日温度

以上是关于线性表--单调栈的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

单调栈总结

单调栈

单调栈的经典例题

数据结构-----栈

线性结构

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