單調棧/單調佇列

zhuluoan發表於2024-10-08

1. 單調棧

給定一個長度為 \(n\) 的數列 \(a\),對每個數字求出其右/左邊第一個值大於等於它的數字的位置。

考慮從左到右掃整個序列,維護一個棧,裡面存放可能成為答案的數字,當遍歷到一個新的數 \(a_i\) 的時候,可以發現棧中 \(\leq a_i\) 的數就再也不可能成為答案了,那就把它們彈掉,此時棧頂就是答案,之後加入 \(a_i\)

由於棧中的元素是單調不升的,故得名單調棧。

這麼做的複雜度:每個元素只會入棧出棧一次,所以複雜度是線性的。

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Rep(i,n,1)
{
	while(top>0&&a[s[top]]<=a[i]) top--;
	ans[i]=s[top];
	s[++top]=i;
}

最大值求和

給出一個 \(n\) 個數的序列,對所有 \(1 \leq l \leq r \leq n\)\(\max(a_l,a_{l+1},\dots ,a_{r-1},a_r)\) 並求和。\(n \leq 10^6,a_i \leq 10^3\)

考慮一個數字會在哪些區間被算到,對於一個數字 \(a_p\),用單調棧求出左面和右面第一個比它大的位置 \(l_p\)\(r_p\),那麼當 \(l_p < L \leq p \leq R < r_p\) 的時候,區間 \([L,R]\)\(\max\) 就是 \(a_p\),依據乘法原理,\(a_p\) 的貢獻就是 \(a_p \times (p-l_p) \times (r_p-p)\),求和即可。

注意序列中有相同數字的時候,要欽定(比如)左邊的比右邊的大。

序列最大價值

給出一個 \(n\) 個數字的序列,求 \(1\leq l \leq r\leq n\) 使得 \((r-l+1) \times \min(a_l,a_{l+1},\dots ,a_{r-1},a_r)\) 最大。\(n \leq 10^6,a_i \leq 10^3\)

還是和剛才一樣對每個數字維護其在哪個極大區間成為最小值,然後算一算即可。

洛谷 P4147 玉蟾宮

有一個矩陣,每個位置是 \(0\) 或者 \(1\)。求最大的全 \(1\) 子矩陣。\(n \times m \leq 10^6\)

列舉每一行,對每個位置維護其向上極長的 \(1\) 的段的長度,然後每行轉化為剛剛那個問題即可。

2. 單調佇列

有一個長為 \(n\) 的序列 \(a\),以及一個大小為 \(k\) 的視窗。現在這個從左邊開始向右滑動,每次滑動一個單位,求出每次滑動後視窗中的最大值和最小值。

沿用單調棧的思路,從左到右掃描每一個 \(i\),從棧頂彈數,不過由於棧底的數有可能不在滑動視窗裡了,所以還要從棧底弾掉,棧不支援此操作,考慮使用佇列。複雜度 \(\mathcal{O}(n)\)

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l=1,r=0;
For(i,1,n)
{
	while(l<=r&&a[q[r]]<=a[i]) r--;
	q[++r]=i;
	while(l<=r&&i-q[l]>=k) l++;
	if(i>=k) cout<<a[q[l]]<<" "; 
}

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