滑動視窗演算法思路

毅毅毅毅毅發表於2021-08-11
演算法

關於雙指標的方法，可能大家並不陌生，而滑動視窗演算法，其實算是雙指標的一種實現方式，主要用於解決子串問題。並且在leetCode上起碼有10道以上的滑動視窗應用題目，難度均在middle和hard。因此，我本文也致力於闡述自己的想法，供大家互相學習。

 

首先滑動視窗演算法，顧名思義，就是要維護一個視窗，然後通過不斷的滑動，最終跟新答案。下面是我從“Labuladuo演算法小抄”上看到的虛擬碼：

int left = 0, right = 0;

while (right < s.size()) {
    // 增大視窗
    window.add(s[right]);
    right++;

    while (window needs shrink) {
        // 縮小視窗
        window.remove(s[left]);
        left++;
    }
}

 

這個演算法的複雜度是O(N),比暴力演算法高效許多。基本思路也就是用左右指標去維護視窗，下面是我自己一般喜歡用的程式碼寫法：

 

    public void SlidingWindow(String s,String t){
        Map<Character,Integer> need=new HashMap<Character,Integer>();   //最終目的子串
        Map<Character,Integer> Window=new HashMap<Character,Integer>(); //目前視窗集合
        char [] tCharArray=t.toCharArray();
　　　　　char [] sCharArray=s.toCharArray();　
        for(char c : sCharArray) need.put(c, need.getOrDefault(c, 0) + 1);

        int left=0,right=0;
        int valid=0;

        while(right<s.length())
        {
            char c=s.charAt(right); //c是將要移入視窗的字元
            right++;                //右移視窗
            ....                    //對視窗中的資料進行更新
        
            System.out.println("left為："+left+" right為："+right);

            while (window needs shrink)//判斷左側視窗是否要收縮
            {
                char d=s.charAt(left); //d是將移出的視窗的字元
                left++;                 //左移視窗
                ....                    //進行視窗中資料系列更新
            }              
        }

 

看一道LeetCode上的hard題。

 

 這道題暴力只是理論上可以解決的，但是，一定會超時。比如下面的寫法：

for (int i = 0; i < s.size(); i++)
    for (int j = i + 1; j < s.size(); j++)
        if s[i:j] 包含 t 的所有字母:
            更新答案

 而通過滑動視窗演算法，即可大大降低複雜度和運算時間：

    public String minWindow(String s, String t) {
        Map<Character,Integer> need=new HashMap<>();    //子串視窗
        Map<Character,Integer> window=new HashMap<>();   //滑動視窗
        char [] sCharArrays=s.toCharArray();
        char [] tCharArrays=t.toCharArray();
        for(char c:tCharArrays){
            need.put(c,need.getOrDefault(c,0)+1);    //用hashmap記錄出現字母的次數
        }

        int left=0,right=0;
        int valid=0;
        int length=Integer.MAX_VALUE;
        int start=0;

        while(right<s.length())              //右指標滑動
        {
            char c=sCharArrays[right];          //right劃過視窗的元素
            right++;
            if(need.containsKey(c))        //如果是是子串的組成字母之一，加入滑動視窗
            {
                window.put(c,window.getOrDefault(c,0)+1);  
                if(window.get(c).equals(need.get(c)))       //如果該字母數目在滑動視窗和子串視窗中相同，valid++
                    valid++;
            }

        
            while(valid==need.size())           //當所有的字母在window和need中出現次數相同，開始收縮視窗
            {   
                if(right-left<length)
                {
                    length=right-left;
                    start=left;
                }
                char d=sCharArrays[left];           //left劃出的元素
                left++;
                if(need.containsKey(d)){                    
                    if(window.get(d).equals(need.get(d)))   //注意：在這裡只能寫.equals(),不能寫==
                        valid--;                            //  因為這裡是Integer物件之間的比價，如果超過
                    window.put(d,window.get(d)-1);          //-128-127會重新new一個物件使==報錯。（上面的equals同）
                }
                    
            }
        }
        if(length==Integer.MAX_VALUE) return "";
        return s.substring(start,start+length);
        
    }

最後，滑動視窗算是雙指標裡比較複雜的一種情況，但如果掌握大概思路，許多子串問題都能順利的解決。

 

 

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