Task 05:滑动窗口

第13天打卡,附上学习链接

1 学习内容

1.1 滑动窗口(Sliding Window)

滑动窗口,表示在给定的数组上维护一个固定长度或不定长度的窗口,可以对窗口进行滑动操作、缩放操作,以及维护最优解操作。可以将滑动窗口看作是快慢指针间的区间。

适用范围:

  • 固定长度窗口

  • 不定长度窗口

1.2 固定长度窗口

实现步骤:

  • (1)初始left=right=0,区间[left, right]称为一个窗口;

  • (2)当窗口未达到window_size固定大小时,不断移动right,先将window_size个元素填入窗口中;

  • (3)达到大小时,判断是否满足,满足的情况下根据有要求更新最优解,然后右移left,缩小窗口大小;

  • (4)右移rght,在窗口中填充元素;重复,直到right达到数组尾端。

模板:

left = right = 0
while right < len(nums):
    window.append(nums[right])
    if right - left + 1 >= window_size:
        window.popleft()
        left += 1
    right += 1

示例习题1:1343 大小为K且平均值大于等于阈值的子数组数目 **

题目描述:给一个整数数组arr和两个整数k和threshold。返回长度为k,且平均值大小等于threshold的子数组数目。 样例1:输入为arr=[2, 2, 2, 2, 5, 5, 5, 8],k=3, threshold=4,输出为3; 样例2:输入为arr=[1, 1, 1, 1, 1],k=1,threshold=0,输出为5; 样例3:输入为arr=[11, 13, 17, 23, 29, 31, 7, 5, 2, 3],k=3,threshold=5,输出为6; 样例4:输入为arr=[7, 7, 7, 7, 7, 7, 7],k=7,threshold=7,输出为1; 样例5:输入为arr=[4, 4, 4, 4],k=4,threshold=1,输出为1。

解题思路:固定长度为k的窗口,判断均值和threshold,输出计数结果。

class Solution:
    def numOfSubarrays(self, arr: List[int], k: int, threshold: int) -> int:
        left = right = 0
        win_sum = 0
        ans = 0
        while right < len(arr):
            win_sum += arr[right]
            if right - left + 1 >= k:
                if win_sum >= k * threshold:
                    ans += 1
                win_sum -= arr[left]
                left += 1
            right += 1
        return ans
1.4 不定长度窗口

实现步骤:

  • (1)初始left=right=0,区间[left, right]称为一个窗口;

  • (2)将区间最右侧的元素添加到窗口中,即window.append(s[right]);

  • (3)然后right+1,增大窗口,直到窗口中的连续元素满足要求;

  • (4)此时,停止增加,开始window.pop(left),left+1右移,缩小窗口;

  • (5)窗口缩小到窗口中的连续元素不满足要求;重复,直到right到达数组尾端。

模板:

left = right = 0
while right < len(nums):
    window.append(nums[right])
    while 需要缩小:
        window.popleft()
        left += 1
    right += 1  # 右侧增大

示例习题1:0003 无重复字符的最长子串 **

题目描述:给一个字符串s,找出其中不含有重复字符的最长子串的长度。 样例1:输入为s="abcabcbb",输出为3; 样例2:输入为s="bbbbb",输出为1; 样例3:输入为s="pwwkew",输出为3; 样例4:输入为s=" ",输出为0。

解题思路:

class Solution:
    def lengthOfLongestSubstring(self, s: str) -> int:
        left = right = 0
        window = dict()
        ans = 0
        
        while right < len(s):
            if s[right] not in window:
                window[s[right]] = 1
            else:
                window[s[right]] += 1
                
            while window[s[right]] > 1:
                window[s[left]] -= 1
                left += 1
            ans = max(ans, right - left + 1)
            right += 1
        return ans

示例习题2:0209 长度最小的子数组 **

题目描述:给一个含有n个正整数的数组和一个正整数target,找出数组中满足其和大于等于target的长度最小的连续子数组,并返回其长度。如果不存在符合条件的子数组,返回0。 样例1:输入为target=7,nums=[2, 3, 1, 2, 4, 3],输出为2; 样例2:输入为target=4,nums=[1, 4, 4],输出为1; 样例3:输入为target=11,nums=[1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1],输出为0。

解题思路:先right+1扩大窗口,一旦和大于等于target,left-1缩小窗口并更新窗口长度的最小值,直到和小于target。重复,直到right>=len(nums)结束,输出最小值即可。

class Solution:
    def minSubArrayLen(self, target: int, nums: List[int]) -> int:
        n = len(nums)
        ans = n + 1
        left = right = 0
        win_sum = 0
        
        while right < n:
            win_sum += nums[right]
            while win_sum >= target:
                ans = min(ans, right-left+1)
                win_sum -= nums[left]
                left += 1
            right += 1
        return ans if ans != n + 1 else 0

示例习题3:0713 乘积小于k的子数组 **

题目描述:给一个正整数数组nums和一个整数k,找出该数组内乘积小于k的连续的子数组的个数。 样例1:输入为nums=[10, 5, 2, 6],k=100,输出,8; 样例2:输入为nums=[1, 2, 3],k=0,输出为0。

解题思路:同上,条件变为乘积,并且更新满足条件的子数组个数。

class Solution:
    def numSubarrayProductLessThanK(self, nums:List[int], k: int) -> int:
        if k <= 1:
            return 0
        
        n = len(nums)
        left = right = 0
        win_product = 1
        cnt = 0
        
        while right < n:
            win_product *= nums[right]
            while win_product >= k:
                win_product /= nums[left]
                left += 1
            cnt += (right - left + 1)
            right += 1
        return cnt

2 练习题目

2.1 0674 最长连续递增序列 **

题目描述:给出一个未经排序的整数数组,找到最长且连续递增的子序列,并返回该序列的长度。 样例1:输入为nums=[1, 3, 5, 4, 7],输出为3; 样例2:输入为nums=[2, 2, 2, 2, 2],输出为1。

解题思路: 更新最长的长度。

class Solution:
   def findLengthOfLCIS(self, nums: List[int]) -> int:
       left, right = 0, 1
       res = 1
       while right < len(nums):
           if nums[right] > nums[left]:
               while (right < len(nums)) and (nums[right] > nums[right - 1]):
                   res = max(res, right-left+1)
                   right += 1
           left = right
           right += 1
       
       return res
2.2 1004 最大连续1的个数 III **

题目描述:给一个由若干0和1组成的数组A,最多可以将K个值从0变成1,返回仅包含1的最长(连续)子数组的长度。 样例1:输入为A=[1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0],K=2,输出6; 样例2:输入为A=[0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1],K=3,输出为10。

解题思路:转换题意为找出一个最长的子数组,其中最多允许有K个0。left和right初始值都为0,right右移,一旦为0,则窗口内增加了一个0;当窗口内的0的个数大于K时,left右移;滑动窗口长度的最大值就是所求。

class Solution:
    def longestOnes(self, nums: List[int], k: int) -> int:
        n = len(nums)
        res = 0
        left = right = 0
        cnt = 0
        while right < n:
            if nums[right] == 0:
                cnt += 1
            while cnt > k:
                if nums[left] == 0:
                    cnt -= 1
                left += 1
            res = max(res, right - left + 1)
            right += 1
        return res
2.3 0220 存在重复元素 III **

题目描述:一个整数数组nums和两个整数k和t。判断是否存在两个不同下标i和j,使得abs(nums[i] - nums[j]) <= t,同时又满足abs(i - j) <= k。如果存在则返回true,不存在返回false。 样例1:输入为nums=[1, 2, 3, 1],k=3,t=0,输出为true; 样例2:输入为nums=[1, 0, 1, 1],k=1,t=2,输出为true; 样例3:输入为nums=[1, 5, 9, 1, 5, 9],k=2,t=3,输出为false。

解题思路:待填空

class Solution:
    def containsNearbyAlmostDuplicate(self, nums: List[int], k: int, t: int) -> bool:
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