读完本文,你能够去力扣拿下如下题目:
76. 最小笼罩子串
567. 字符串的排列
438. 找到字符串中所有字母异位词
3. 无反复字符的最长子串
———–
鉴于前文 二分搜寻框架详解 的那首《二分搜寻升天词》很受好评,并在民间广为流传,成为安睡助眠的一剂良方,明天在滑动窗口算法框架中,我再次编写一首小诗来讴歌滑动窗口算法的平凡:
对于双指针的快慢指针和左右指针的用法,能够参见前文 双指针技巧汇总,本文就解决一类最难把握的双指针技巧:滑动窗口技巧。总结出一套框架,能够保你闭着眼睛都能写出正确的解法。
说起滑动窗口算法,很多读者都会头疼。这个算法技巧的思路非常简单,就是保护一个窗口,一直滑动,而后更新答案么。LeetCode 上有起码 10 道使用滑动窗口算法的题目,难度都是中等和艰难。该算法的大抵逻辑如下:
int left = 0, right = 0;
while (right < s.size()) {
// 增大窗口
window.add(s[right]);
right++;
while (window needs shrink) {
// 放大窗口
window.remove(s[left]);
left++;
}
}
这个算法技巧的工夫复杂度是 O(N),比字符串暴力算法要高效得多。
其实困扰大家的,不是算法的思路,而是各种细节问题。比如说如何向窗口中增加新元素,如何放大窗口,在窗口滑动的哪个阶段更新后果。即使你明确了这些细节,也容易出 bug,找 bug 还不晓得怎么找,真的挺让人心烦的。
所以明天我就写一套滑动窗口算法的代码框架,我连再哪里做输入 debug 都给你写好了,当前遇到相干的问题,你就默写进去如下框架而后改三个中央就行,还不会出 bug:
/* 滑动窗口算法框架 */
void slidingWindow(string s, string t) {
unordered_map<char, int> need, window;
for (char c : t) need++;
int left = 0, right = 0;
int valid = 0;
while (right < s.size()) {
// c 是将移入窗口的字符
char c = s[right];
// 右移窗口
right++;
// 进行窗口内数据的一系列更新
...
/*** debug 输入的地位 ***/
printf("window: [%d, %d)\n", left, right);
/********************/
// 判断左侧窗口是否要膨胀
while (window needs shrink) {
// d 是将移出窗口的字符
char d = s[left];
// 左移窗口
left++;
// 进行窗口内数据的一系列更新
...
}
}
}
其中两处 ...
示意的更新窗口数据的中央,到时候你间接往里面填就行了。
而且,这两个 ...
处的操作别离是右移和左移窗口更新操作,等会你会发现它们操作是齐全对称的。
言归正传,上面就间接上 四道 LeetCode 原题来套这个框架,其中第一道题会具体阐明其原理,前面四道就间接闭眼睛秒杀了。
本文代码为 C++ 实现,不会用到什么编程方面的奇技淫巧,然而还是简略介绍一下一些用到的数据结构,免得有的读者因为语言的细节问题妨碍对算法思维的了解:
unordered_map
就是哈希表(字典),它的一个办法 count(key)
相当于 Java 的 containsKey(key)
能够判断键 key 是否存在。
能够应用方括号拜访键对应的值 map[key]
。须要留神的是,如果该 key
不存在,C++ 会主动创立这个 key,并把 map[key]
赋值为 0。
所以代码中屡次呈现的 map[key]++
相当于 Java 的 map.put(key, map.getOrDefault(key, 0) + 1)
。
一、最小笼罩子串
LeetCode 76 题,Minimum Window Substring,难度 Hard:
就是说要在 S
(source) 中找到蕴含 T
(target) 中全副字母的一个子串,且这个子串肯定是所有可能子串中最短的。
如果咱们使用暴力解法,代码大略是这样的:
for (int i = 0; i < s.size(); i++)
for (int j = i + 1; j < s.size(); j++)
if s[i:j] 蕴含 t 的所有字母:
更新答案
思路很间接,然而显然,这个算法的复杂度必定大于 O(N^2) 了,不好。
滑动窗口算法的思路是这样:
1、咱们在字符串 S
中应用双指针中的左右指针技巧,初始化 left = right = 0
,把索引 左闭右开 区间 [left, right)
称为一个「窗口」。
2、咱们先一直地减少 right
指针扩充窗口 [left, right)
,直到窗口中的字符串符合要求(蕴含了 T
中的所有字符)。
3、此时,咱们进行减少 right
,转而一直减少 left
指针放大窗口 [left, right)
,直到窗口中的字符串不再符合要求(不蕴含 T
中的所有字符了)。同时,每次减少 left
,咱们都要更新一轮后果。
4、反复第 2 和第 3 步,直到 right
达到字符串 S
的止境。
这个思路其实也不难,第 2 步相当于在寻找一个「可行解」,而后第 3 步在优化这个「可行解」,最终找到最优解,也就是最短的笼罩子串。左右指针轮流后退,窗口大小增增减减,窗口一直向右滑动,这就是「滑动窗口」这个名字的来历。
上面画图了解一下,needs
和 window
相当于计数器,别离记录 T
中字符呈现次数和「窗口」中的相应字符的呈现次数。
初始状态:
减少 right
,直到窗口 [left, right)
蕴含了 T
中所有字符:
当初开始减少 left
,放大窗口 [left, right)
。
直到窗口中的字符串不再符合要求,left
不再继续移动。
之后反复上述过程,先挪动 right
,再挪动 left
…… 直到 right
指针达到字符串 S
的末端,算法完结。
如果你可能了解上述过程,祝贺,你曾经齐全把握了滑动窗口算法思维。当初咱们来看看这个滑动窗口代码框架怎么用:
首先,初始化 window
和 need
两个哈希表,记录窗口中的字符和须要凑齐的字符:
unordered_map<char, int> need, window;
for (char c : t) need++;
而后,应用 left
和 right
变量初始化窗口的两端,不要忘了,区间 [left, right)
是左闭右开的,所以初始状况下窗口没有蕴含任何元素:
int left = 0, right = 0;
int valid = 0;
while (right < s.size()) {// 开始滑动}
其中 valid
变量示意窗口中满足 need
条件的字符个数,如果 valid
和 need.size
的大小雷同,则阐明窗口已满足条件,曾经齐全笼罩了串 T
。
当初开始套模板,只须要思考以下四个问题:
1、当挪动 right
扩充窗口,即退出字符时,应该更新哪些数据?
2、什么条件下,窗口应该暂停扩充,开始挪动 left
放大窗口?
3、当挪动 left
放大窗口,即移出字符时,应该更新哪些数据?
4、咱们要的后果应该在扩充窗口时还是放大窗口时进行更新?
如果一个字符进入窗口,应该减少 window
计数器;如果一个字符将移出窗口的时候,应该缩小 window
计数器;当 valid
满足 need
时应该膨胀窗口;应该在膨胀窗口的时候更新最终后果。
上面是残缺代码:
string minWindow(string s, string t) {
unordered_map<char, int> need, window;
for (char c : t) need++;
int left = 0, right = 0;
int valid = 0;
// 记录最小笼罩子串的起始索引及长度
int start = 0, len = INT_MAX;
while (right < s.size()) {
// c 是将移入窗口的字符
char c = s[right];
// 右移窗口
right++;
// 进行窗口内数据的一系列更新
if (need.count(c)) {
window++;
if (window == need)
valid++;
}
// 判断左侧窗口是否要膨胀
while (valid == need.size()) {
// 在这里更新最小笼罩子串
if (right - left < len) {
start = left;
len = right - left;
}
// d 是将移出窗口的字符
char d = s[left];
// 左移窗口
left++;
// 进行窗口内数据的一系列更新
if (need.count(d)) {if (window[d] == need[d])
valid--;
window[d]--;
}
}
}
// 返回最小笼罩子串
return len == INT_MAX ?
"" : s.substr(start, len);
}
须要留神的是,当咱们发现某个字符在 window
的数量满足了 need
的须要,就要更新 valid
,示意有一个字符曾经满足要求。而且,你能发现,两次对窗口内数据的更新操作是齐全对称的。
当 valid == need.size()
时,阐明 T
中所有字符曾经被笼罩,曾经失去一个可行的笼罩子串,当初应该开始膨胀窗口了,以便失去「最小笼罩子串」。
挪动 left
膨胀窗口时,窗口内的字符都是可行解,所以应该在膨胀窗口的阶段进行最小笼罩子串的更新,以便从可行解中找到长度最短的最终后果。
至此,应该能够齐全了解这套框架了,滑动窗口算法又不难,就是细节问题让人烦得很。当前遇到滑动窗口算法,你就依照这框架写代码,保准没有 bug,还省事儿。
上面就间接利用这套框架秒杀几道题吧,你基本上一眼就能看出思路了。
二、字符串排列
LeetCode 567 题,Permutation in String,难度 Medium:
留神哦,输出的 s1
是能够蕴含反复字符的,所以这个题难度不小。
这种题目,是显著的滑动窗口算法,相当给你一个 S
和一个 T
,请问你 S
中是否存在一个子串,蕴含 T
中所有字符且不蕴含其余字符?
首先,先复制粘贴之前的算法框架代码,而后明确方才提出的 4 个问题,即可写出这道题的答案:
// 判断 s 中是否存在 t 的排列
bool checkInclusion(string t, string s) {
unordered_map<char, int> need, window;
for (char c : t) need++;
int left = 0, right = 0;
int valid = 0;
while (right < s.size()) {char c = s[right];
right++;
// 进行窗口内数据的一系列更新
if (need.count(c)) {
window++;
if (window == need)
valid++;
}
// 判断左侧窗口是否要膨胀
while (right - left >= t.size()) {
// 在这里判断是否找到了非法的子串
if (valid == need.size())
return true;
char d = s[left];
left++;
// 进行窗口内数据的一系列更新
if (need.count(d)) {if (window[d] == need[d])
valid--;
window[d]--;
}
}
}
// 未找到符合条件的子串
return false;
}
对于这道题的解法代码,基本上和最小笼罩子串截然不同,只须要扭转两个中央:
1、本题挪动 left
放大窗口的机会是窗口大小大于 t.size()
时,应为排列嘛,显然长度应该是一样的。
2、当发现 valid == need.size()
时,就阐明窗口中就是一个非法的排列,所以立刻返回 true
。
至于如何解决窗口的扩充和放大,和最小笼罩子串完全相同。
三、找所有字母异位词
这是 LeetCode 第 438 题,Find All Anagrams in a String,难度 Medium:
呵呵,这个所谓的字母异位词,不就是排列吗,搞个高端的说法就能糊弄人了吗?相当于,输出一个串 S
,一个串 T
,找到 S
中所有 T
的排列,返回它们的起始索引。
间接默写一下框架,明确方才讲的 4 个问题,即可秒杀这道题:
vector<int> findAnagrams(string s, string t) {
unordered_map<char, int> need, window;
for (char c : t) need++;
int left = 0, right = 0;
int valid = 0;
vector<int> res; // 记录后果
while (right < s.size()) {char c = s[right];
right++;
// 进行窗口内数据的一系列更新
if (need.count(c)) {
window++;
if (window == need)
valid++;
}
// 判断左侧窗口是否要膨胀
while (right - left >= t.size()) {
// 当窗口符合条件时,把起始索引退出 res
if (valid == need.size())
res.push_back(left);
char d = s[left];
left++;
// 进行窗口内数据的一系列更新
if (need.count(d)) {if (window[d] == need[d])
valid--;
window[d]--;
}
}
}
return res;
}
跟寻找字符串的排列一样,只是找到一个非法异位词(排列)之后将起始索引退出 res
即可。
四、最长无反复子串
这是 LeetCode 第 3 题,Longest Substring Without Repeating Characters,难度 Medium:
这个题终于有了点新意,不是一套框架就出答案,不过反而更简略了,略微改一改框架就行了:
int lengthOfLongestSubstring(string s) {
unordered_map<char, int> window;
int left = 0, right = 0;
int res = 0; // 记录后果
while (right < s.size()) {char c = s[right];
right++;
// 进行窗口内数据的一系列更新
window++;
// 判断左侧窗口是否要膨胀
while (window > 1) {char d = s[left];
left++;
// 进行窗口内数据的一系列更新
window[d]--;
}
// 在这里更新答案
res = max(res, right - left);
}
return res;
}
这就是变简略了,连 need
和 valid
都不须要,而且更新窗口内数据也只须要简略的更新计数器 window
即可。
当 window
值大于 1 时,阐明窗口中存在反复字符,不符合条件,就该挪动 left
放大窗口了嘛。
惟一须要留神的是,在哪里更新后果 res
呢?咱们要的是最长无反复子串,哪一个阶段能够保障窗口中的字符串是没有反复的呢?
这里和之前不一样,要在膨胀窗口实现后更新 res
,因为窗口膨胀的 while 条件是存在反复元素,换句话说膨胀实现后肯定保障窗口中没有反复嘛。
五、最初总结
倡议背诵并默写这套框架,顺便背诵一下文章结尾的那首诗。当前就再也不怕子串、子数组问题了好吧。