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LeetCode之滑动窗口法详解

LeetCode之滑动窗口法详解

作者: 周恩国的学习笔记 | 来源:发表于2021-02-21 19:48 被阅读0次
    一 滑动窗口
    幻灯片11.jpg

    滑动窗口法(sliding window)常用于输入为数组,输出为统计满足特定约束条件的子串次数的情况。

    通常情况下,滑动窗口法可以考虑为暴力双循环算法的优化,根据所要求子串的性质,减少遍历次数。具体在实现过程中,根据子串所要求的性质,可以采用数据结构来保存窗口的信息,便于信息的存取,常用的数据结构有:

    • SortedList (sortedcontainers)
    • dict
    • list

    在滑动窗口解决中,重要的一步是判断窗口左端left和窗口右端right的更新条件。通常滑动窗口右端right是按照逐步迭代,而窗口左端left则在满足子串约束条件的情况下,从左到右,或从右到左进行遍历,相当于缩小窗口。注意l和r均为往右移动,只不过r是一次一步,l是根据子串性质,可一次多步。

    考虑:Leetcode 1100. 长度为 K 的无重复字符子串
    给你一个字符串 S,找出所有长度为 K 且不含重复字符的子串,请你返回全部满足要求的子串的 数目。
    示例 1:
    输入:S = "havefunonleetcode", K = 5
    输出:6
    解释:
    这里有 6 个满足题意的子串,分别是:'havef','avefu','vefun','efuno','etcod','tcode'。
    示例 2:
    输入:S = "home", K = 5
    输出:0
    解释:
    注意:K 可能会大于 S 的长度。在这种情况下,就无法找到任何长度为 K 的子串。

    解题思路: 考虑从左到右遍历数组,Pos记录某元素出现的位置信息,对于新增元素s[r],若未出现在Pos中,则窗口右端右移一步并更新Pos,如果已出现在Pos中,则窗口左端l右移到s[l:r]满足没有重复元素性质的位置,本题中为重复元素首次出现位置的右边一步,如下图所示。

    幻灯片11.jpg
    幻灯片12.jpg
    幻灯片14.jpg
    参考题解滑动窗口法解决长度为K的无重复子串问题(含图文实例详解)

    滑动窗口法完整代码

    class Solution:
        def numKLenSubstrNoRepeats(self, S: str, K: int) -> int:
            pos = {}
            l = r = 0
            count = 0
            while (r < len(S)):
                if S[r] not in pos:
                    pos[S[r]] = r
                else:
                    # 删除l到pos[S[r]]的元素信息
                    start = pos[S[r]] + 1
                    for i in range(l, pos[S[r]] + 1):
                        del pos[S[i]]
                    l = start
                    pos[S[r]] = r
    
                if len(pos) == K:
                    count += 1
                    del pos[S[l]]
                    l += 1
                r += 1
    
            return count
    
    二 滑动窗口解决框架

    滑动窗口法重点在于是根据特定子串的性质,来维护某数据结构信息,以此来减少暴力枚举的迭代次数,形象上像窗口右端不断蠕动,窗口左端不断跟进的滑动过程。某些情况下,特定子串的性质可以用表格记录,因此这时也可采用动态规划法。

    滑动窗口法代码大体框架如下:

     #滑动窗口解决框架
    def solution(nums):
      #保存特定信息的数据结构
      structure  = DataStructure()
      #窗口左端left和窗口右端right
      l = r =0
      #满足约束条件的子串数
      res = 0
    
      while r<len(nums):
        #加入第r个节点,更新datastructure的性质
        structure.add(nums[r])
        #nums[r]加入struture后满足某种条件
    
        if structure.satisfy_condition():
          #则更新datastruture的性质
          structure.update()
       #nums[r]不满足某种条件
       else:
          #从左到右或从右到左更新窗口左端l,l根据子串约束的性质,
          #移动到窗口[l:r]满足约束性质为止。
          while not structure.satisfy_condition():
            l+=1
            structure.remove(nums[l])
    
        #更新满足约束的子串个数
        update(res)
    
        #窗口右端往右移动一格
        r+=1
      return res
    
    三 Leetcode例题

    很多习题可供参考,列出一部分和题解如下:

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