29、数据结构与算法实战:滑动窗口

Description
给一个长度为 N 的数组,一个长为 K 的滑动窗体从最左端移至最右端,你只能看到窗口中的 K 个数,每次窗体向右移动一位,如下图:
*
你的任务是找出窗体在各个位置时的最大值和最小值。

Input
*

Output
第一行为滑动窗口从左向右移动到每个位置时的最小值,每个数之间用一个空格分开;
第二行为滑动窗口从左向右移动到每个位置时的最大值,每个数之间用一个空格分开。

Sample Input

83
13 -1 -3 5 3 6 7

Sample Output

-1 -3 -3 -3 3 3
33 5 5 6 7

参考程序

#include <stdio.h>
#define LEN 1000000

void GetMax_Min(int a[],int start,int end,int *max,int *min)
{
   
     
	int i;
	*max=a[start];
	*min=a[start];
	for(i=start+1;i<=end;i++)
	{
   
     
		if(a[i]>*max)
		{
   
     
			*max=a[i];
		}
		else
		{
   
     
			if(a[i]<*min)
			{
   
     
				*min=a[i];
			}
		}
	}
}

void OutputList(int a[],int n)
{
   
     
	int i;
	for(i=0;i<n-1;i++)
	{
   
     
		printf("%d ",a[i]);
	}
	printf("%d\n",a[i]);
}

int main()
{
   
     
	int N,K,a[LEN+5],i,j;
	int maxList[LEN+5],minList[LEN+5],cnt=0;
	scanf("%d%d",&N,&K);
	for(i=0;i<N;i++)
	{
   
     
		scanf("%d",&a[i]);
	}
	int min,max;
	GetMax_Min(a,0,K-1,&max,&min);
	maxList[cnt]=max;
	minList[cnt]=min;
	cnt++;
	for(i=1;i+K<=N;i++)
	{
   
     
		if(a[i-1]==min|| a[i-1]==max)
		{
   
     
			GetMax_Min(a,i,i+K-1,&max,&min);
		}
		else
		{
   
     
			if(a[i+K-1]>max)
			{
   
     
				max=a[i+K-1];
			}
			else
			{
   
     
				if(a[i+K-1]<min)
				{
   
     
					min=a[i+K-1];
				}
			}
		}
		maxList[cnt]=max;
		minList[cnt]=min;
		cnt++;
	}
	OutputList(minList,cnt);
	OutputList(maxList,cnt);
	
	return 0;
}

分析:
本题一个很自然的做法就是直接模拟,利用两层循环来解题。主函数如下(其余函数不需要修改)

int main()
{
   
     
	int N,K,a[LEN+5],i;
	int maxList[LEN+5],minList[LEN+5],cnt=0;
	scanf("%d%d",&N,&K);
	for(i=0;i<N;i++)
	{
   
     
		scanf("%d",&a[i]);
	}
	int min,max;
	for(i=0;i+K<=N;i++)
	{
   
     
		GetMax_Min(a,i,i+K-1,&max,&min);
		maxList[cnt]=max;
		minList[cnt]=min;
		cnt++;
	}
	OutputList(minList,cnt);
	OutputList(maxList,cnt);
	return 0;
}

但是这个算法是“不聪明的”,因为数据量会达到10^6,会运行超时。关键问题在于,两个相邻的滑动窗口在滑动的时候,里面绝大部分数据没变,只是滑动窗口的开头、结尾改变。滑动窗口移动的时候,类似于一个队列,队首出队一个数再从队尾入队一个数。所以只需关注出队、入队的元素即可。滑动窗口经过一次滑动后,如果出队的数恰好是上一步的最大(或者最小值),那么这时一定要基于整个滑动窗口重新扫描一遍,求出最大最小值,更新。但如果出队的元素既不是上一步的最大值也不是最小值,那么只需比较入队的元素会不会对滑动窗口内的最值造成影响即可,必要的话更新max,min值。这样减少了整个滑动窗口的扫描次数,一定程度上能提高效率,运用了动态规划的思想。

希望各位不吝赐教,提供更好地思路,共同进步~~

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