乱序版 ● 剑指offer每日算法题打卡题解——栈与队列（题号59）

Posted 2021-10-22 寂静花开

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• • 第一题：剑指 Offer 59 - I. 滑动窗口的最大值
  • 第二题：剑指 Offer 59 - II. 队列的最大值

第一题：剑指 Offer 59 - I. 滑动窗口的最大值

给定一个数组 nums 和滑动窗口的大小 k，请找出所有滑动窗口里的最大值。

示例:
输入: nums = [1,3,-1,-3,5,3,6,7], 和 k = 3
输出: [3,3,5,5,6,7]
解释:
滑动窗口的位置 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

提示：
你可以假设 k 总是有效的，在输入数组不为空的情况下，1 ≤ k ≤ 输入数组的大小。

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/hua-dong-chuang-kou-de-zui-da-zhi-lcof

解题思路：
使用 单调队列 即可解决问题。遍历数组时，每轮保证单调队列 deque ：

1. 仅包含窗口内的元素 arrow⇒ 每轮窗口滑动移除了元素 nums[i - 1] ，需将 deque 内的对应元素一起删除。
2. 队列内的元素 非严格递减 arrow⇒ 每轮窗口滑动添加了元素 nums[j + 1]，需将 deque内所有 < nums[j + 1] 的元素删除。

java代码：

class Solution {
    public int[] maxSlidingWindow(int[] nums, int k) {
        if(nums.length == 0 || k == 0) return new int[0];
        Deque<Integer> deque = new LinkedList<>();
        int[] res = new int[nums.length - k + 1];
        // 未形成窗口
        for(int i = 0; i < k; i++) {
            while(!deque.isEmpty() && deque.peekLast() < nums[i])
                deque.removeLast();
            deque.addLast(nums[i]);
        }
        res[0] = deque.peekFirst();
        // 形成窗口后
        for(int i = k; i < nums.length; i++) {
            if(deque.peekFirst() == nums[i - k])
                deque.removeFirst();
            while(!deque.isEmpty() && deque.peekLast() < nums[i])
                deque.removeLast();
            deque.addLast(nums[i]);
            res[i - k + 1] = deque.peekFirst();
        }
        return res;
    }
}

第二题：剑指 Offer 59 - II. 队列的最大值

请定义一个队列并实现函数 max_value 得到队列里的最大值，要求函数max_value、push_back 和 pop_front 的均摊时间复杂度都是O(1)。

若队列为空，pop_front 和 max_value 需要返回 -1

示例 1：
输入:
[“MaxQueue”,“push_back”,“push_back”,“max_value”,“pop_front”,“max_value”]
[[],[1],[2],[],[],[]]
输出: [null,null,null,2,1,2]

示例 2：
输入:
[“MaxQueue”,“pop_front”,“max_value”]
[[],[],[]]
输出: [null,-1,-1]

限制：
1 <= push_back,pop_front,max_value的总操作数 <= 10000
1 <= value <= 10^5

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/dui-lie-de-zui-da-zhi-lcof

解题思路：
当一个元素进入队列的时候，它前面所有比它小的元素就不会再对答案产生影响。
需要使用双端队列来实现。也需要一个辅助队列来记录所有被插入的值，以确定 pop_front 函数的返回值。

java代码：

class MaxQueue {
    Queue<Integer> q;
    Deque<Integer> d;

    public MaxQueue() {
        q = new LinkedList<Integer>();
        d = new LinkedList<Integer>();
    }
    
    public int max_value() {
        if (d.isEmpty()) {
            return -1;
        }
        return d.peekFirst();
    }
    
    public void push_back(int value) {
        while (!d.isEmpty() && d.peekLast() < value) {
            d.pollLast();
        }
        d.offerLast(value);
        q.offer(value);
    }
    
    public int pop_front() {
        if (q.isEmpty()) {
            return -1;
        }
        int ans = q.poll();
        if (ans == d.peekFirst()) {
            d.pollFirst();
        }
        return ans;
    }
}