⭐算法入门⭐《队列》简单02 —— LeetCode 346. 数据流中的移动平均值

Posted 2021-09-06 英雄哪里出来

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文章目录

• 一、题目
• • 1、题目描述
  • 2、基础框架
  • 3、原题链接
• 二、解题报告
• • 1、思路分析
  • 2、时间复杂度
  • 3、代码详解
• 三、本题小知识

一、题目

1、题目描述

  给定一个整数数据流和一个窗口大小，根据该滑动窗口的大小，计算滑动窗口里所有数字的平均值。实现 MovingAverage 类：
  MovingAverage(int size)：用窗口大小 size 初始化对象。
  double next(int val)：成员函数 next 每次调用的时候都会往滑动窗口增加一个整数，请计算并返回数据流中最后 size 个值的移动平均值，即滑动窗口里所有数字的平均值。
  样例输入： ["MovingAverage", "next", "next", "next", "next"] [[3], [1], [10], [3], [5]]
  样例输出： [null, 1.0, 5.5, 4.66667, 6.0]

2、基础框架

• C语言版本 给出的基础框架代码如下：

typedef struct {

} MovingAverage;

/** Initialize your data structure here. */

MovingAverage* movingAverageCreate(int size) {

}

double movingAverageNext(MovingAverage* obj, int val) {

}

void movingAverageFree(MovingAverage* obj) {

}

/**
 * Your MovingAverage struct will be instantiated and called as such:
 * MovingAverage* obj = movingAverageCreate(size);
 * double param_1 = movingAverageNext(obj, val);
 
 * movingAverageFree(obj);
*/

3、原题链接

$(1)$ LeetCode 346. 数据流中的移动平均值
$(2)$ 剑指 Offer II 041. 滑动窗口的平均值

二、解题报告

1、思路分析

• 把 滑动窗口 看成是队列里的元素，用一个 求和变量 来维护队列元素的和，这样就可以做到 $O(1)$ 的求和，然后除上元素个数就是平均值了。

2、时间复杂度

• 两个指针都只增不减，所以总的时间复杂度为 $O(n)$。

3、代码详解

struct Data {
    int val;                                        //
};

/**************************** 链表 实现队列 ****************************/
#define DataType struct Data
#define maxn 100005

struct QueueNode;

struct QueueNode {
    DataType data;
    struct QueueNode *next;
};

struct Queue {
    struct QueueNode *head, *tail;
    int size;
};

void QueueEnqueue(struct Queue *que, DataType dt) {
    struct QueueNode *insertNode = (struct QueueNode *) malloc( sizeof(struct QueueNode) );
    insertNode->data = dt;
    insertNode->next = NULL;
    if(que->tail) {
        que->tail->next = insertNode;
        que->tail = insertNode;
    }else {
        que->head = que->tail = insertNode;
    }
    ++que->size;
}

void QueueDequeue(struct Queue* que) {
    struct QueueNode *delNode = que->head;
    que->head = delNode->next;
    free(delNode);
    --que->size;
}

DataType QueueGetFront(struct Queue* que) {
    return que->head->data;
}
int QueueGetSize(struct Queue* que) {
    return que->size;
}
int QueueIsEmpty(struct Queue* que) {
    return !QueueGetSize(que);
}
void QueueClear(struct Queue* que) {
    que->head = que->tail = NULL;
    que->size = 0;
}

/**************************** 链表 实现队列 ****************************/

typedef struct {
    struct Queue q;                            // (1) 
    int size;                                  // (2) 
    double sum;                                // (3) 
} MovingAverage;

/** Initialize your data structure here. */

MovingAverage* movingAverageCreate(int size) { // (4) 
    MovingAverage *ret = (MovingAverage *)malloc(sizeof(MovingAverage));
    QueueClear( &ret->q );
    ret->size = size;
    ret->sum = 0;
    return ret;
}

double movingAverageNext(MovingAverage* obj, int val) {
    struct Data dt;
    dt.val = val;
    struct Queue *q = &obj->q;
    QueueEnqueue(q, dt);                      // (5) 
    obj->sum += val; 
    while(QueueGetSize(q) > obj->size) {      // (6) 
        obj->sum -= QueueGetFront(q).val;     // (7) 
        QueueDequeue(q);
    }
    return obj->sum / QueueGetSize(q);        // (8) 
}

void movingAverageFree(MovingAverage* obj) {
    free(obj);
}

/**
 * Your MovingAverage struct will be instantiated and called as such:
 * MovingAverage* obj = movingAverageCreate(size);
 * double param_1 = movingAverageNext(obj, val);
 
 * movingAverageFree(obj);
*/

• $(1)$ 用 队列 来记录这个窗口的 左右指针 ；
• $(2)$ size代表这个队列的最大长度；
• $(3)$ sum代表队列中所有元素的和；
• $(4)$ 初始化滑动窗口；
• $(5)$ 将新增数据流塞入队列，并且更新总和；
• $(6)$ 如果滑动窗口的大小大于给定大小，则需要执行 出队 操作；
• $(7)$ 出队 前，先将求和减去要出队的元素；
• $(8)$ 总和 / 元素个数 就是平均值；

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三、本题小知识

   滑动窗口算法一般也叫双指针，也叫尺取法，名字有点多哈，但是思想是一样的，就是两个指针轮番向右滑动，这个归根结底还是 队列 的思想。

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