LeetCode #239 滑动窗口最大值

Posted 2021-07-07 三笠·阿卡曼

题目

给你一个整数数组 nums，有一个大小为 k 的滑动窗口从数组的最左侧移动到数组的最右侧。你只可以看到在滑动窗口内的 k 个数字。滑动窗口每次只向右移动一位。

返回滑动窗口中的最大值。

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/sliding-window-maximum

示例

最佳代码

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
import java.util.PriorityQueue;

/**
 * @author vleus
 * @date 2021年05月11日 22:14
 */
public class SlidingWindowMaximum {

    // 暴力法: 遍历每个窗口，对每个窗口遍历每个元素求最大值
    public static int[] maxSlidingWindow1(int[] nums, int k) {

        //定义一个结果数组,总共有n-k+1个窗口自
        int[] result = new int[nums.length-k+1];

        //遍历数组，从0到n-k,作为滑动窗口的起始位置
        for (int i = 0; i <= nums.length - k; i++) {
            // 找窗口内的最大值，定义一个变量来保存
            int max = nums[i];
            //遍历窗口中的每一个元素，比较大小
            for (int j = i+1; j < i+k; j++) {
                if (nums[j] > max) {
                    max = nums[j];
                }
            }
            result[i] = max;
        }

        return result;
    }

    //方法二：使用大顶堆
    public static int[] maxSlidingWindow2(int[] nums, int k) {

        //定义一个结果数组,总共有n-k+1个窗口自
        int[] result = new int[nums.length-k+1];

        //使用优先队列实现一个大顶堆
        PriorityQueue<Integer> maxHeap = new PriorityQueue<>(k, new Comparator<Integer>() {
            @Override
            public int compare(Integer o1, Integer o2) {
                return o2 - o1;
            }
        });

        //准备工作：构建一个大顶堆，将第一个窗口元素（前k个元素放入堆中）
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            maxHeap.add(nums[i]); //自动实现大顶堆的工作
        }

        //当前大顶堆的对顶元素就是第一个窗口的最大值
        result[0] = maxHeap.peek(); //取堆顶元素

        //遍历所有的窗口
        for (int i = 1; i <= nums.length - k; i++) {
            maxHeap.remove(nums[i-1]); //先删除堆中上一个窗口元素
            maxHeap.add(nums[i + k - 1]);  //添加当前窗口的最后一个元素进堆
            result[i] = maxHeap.peek();
        }

        return result;
    }

    public static int[] maxSlidingWindow3(int[] nums, int k) {

        //定义一个结果数组,总共有n-k+1个窗口自
        int[] result = new int[nums.length - k + 1];

        //定义双向队列,保存元素索引
        ArrayDeque<Integer> deque = new ArrayDeque<>();

        // 初始化双向队列，处理第一个窗口的数据
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            //如果队尾元素小于当前元素，直接删除
            while (!deque.isEmpty() && nums[i] > nums[deque.getLast()]){
                deque.removeLast();
            }
            deque.addLast(i);
        }

        result[0] = nums[deque.getFirst()]; //第一个窗口的最大值

        //遍历窗口
        for (int i = k; i < nums.length; i++) {
            //判断如果上一个窗口删掉的就是窗口最大值，那么需要将队列中的最大值删掉
            if (!deque.isEmpty() && deque.getFirst() == i - k) {
                deque.removeFirst();
            }

            //判断新增元素是否可以删除队尾元素

            //如果队尾元素小于当前元素，直接删除
            while (!deque.isEmpty() && nums[i] > nums[deque.getLast()]){
                deque.removeLast();
            }
            deque.addLast(i);

            //保存结果
            result[i - k + 1] = nums[deque.getFirst()];
        }

        return result;
    }

    //方法四: 左右扫描
    public static int[] maxSlidingWindow(int[] nums, int k) {

        int n = nums.length;

        //定义一个结果数组,总共有n-k+1个窗口自
        int[] result = new int[n - k + 1];

        //定义存放块内最大值的left和right数组
        int[] left = new int[n];
        int[] right = new int[n];

        //遍历数组，左右扫描
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            //1.从左到右扫描
            if (i % k == 0) {
                //如果能整除，就是块的其实位置
                left[i] = nums[i];
            }else {
                //如果不是起始位置，就直接跟left[i-1]取最大值即可
                left[i] = Math.max(left[i - 1], nums[i]);
            }

            //从右到左
            int j = n - 1 - i; //j是倒数的i
            if (j % k == k - 1 || j == n - 1) {
                right[j] = nums[j];
            }else {
                right[j] = Math.max(right[j + 1], nums[j]);
            }
        }

        //对每个窗口计算最大值
        for (int i = 0; i < n- k + 1; i++) {
            result[i] = Math.max(right[i], left[i + k - 1]);
        }

        return result;
    }

    public static void main(String[] args) {

        int[] nums = new int[]{1,3,-1,-3,5,3,6,7};

        System.out.println(Arrays.toString(maxSlidingWindow(nums,3)));

    }
}