单调队列(Monotonic Queue)

单调队列是一种主要用于解决滑动窗口类问题的数据结构,即在长度为 n n n的序列中,求每个长度为 m m m的区间的区间最值。他的时间复杂度为 O ( n ) O(n) O(n)。

基本思想

单调队列的基本思想是维护一个双向队列,遍历序列,仅当一个元素称为某一个区间最值时保留它。

案例

举个例子,寻找 [ i − 3 , i ] [i-3,i] [i−3,i]窗口的最小值为:

数组 双向队列 说明 7 6 8 12 9 10 3 初始状态 7 6 8 12 9 10 3 7 从 i = 0 i=0 i=0时,只有一个元素,其就是最小值,直接进入队列 7 6 8 12 9 10 3 6 在 i = 1 i=1 i=1时,因为6小于7,所以7出队列,6进队列 7 6 8 12 9 10 3 6 8 在 i = 2 i=2 i=2时,因为8大于6,所以8进队列 7 6 8 12 9 10 3 6 8 12 在 i = 3 i=3 i=3时,因为12大于8,所以12进队列 7 6 8 12 9 10 3 6 8 9 在 i = 4 i=4 i=4时,因为9 小于12,所以12出队列;因为9大于8,所以8进队列 7 6 8 12 9 10 3 8 9 10 在 i = 5 i=5 i=5时,因为6不在 [ 3 , 6 ] [3,6] [3,6]区间之内,所以6出队列;因为10大于9,所以10进队列 7 6 8 12 9 10 3 3 在 i = 6 i=6 i=6时,因为3小于10,所以10出队列;因为3大于9,所以9出队列;因为3大于8,所以8出队列

代码实现

其的核心代码为:

public class Template {
          
   
    public void template(int[] nums, int m) {
          
   
        int n = nums.length;
        int[] ans = new int[n];
        Deque<Integer> dq = new LinkedList<>();

        for (int i = 0; i < n; i++) {
          
   
            if (!dq.isEmpty() && i - dq.peekFirst() >= m) dq.pollFirst();
            while (!dq.isEmpty() && nums[dq.peekLast()] > nums[i]) dq.pollLast();
            dq.addLast(i);
            if (i >= m - 1) System.out.printf("%d ", nums[dq.peekFirst()]);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
          
   
        Template template = new Template();
        template.template(new int[]{
          
   7, 6, 8, 12, 9, 10, 3}, 4);// 输出 6 6 8 3
    }
}

参考文献:

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