单调栈问题的本质在于利用序列中的单调性,通过维护一个有序的栈结构,高效地排除不可能的解,从而快速确定每个元素的前后特定条件元素。其核心可总结为以下几点:
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维护单调性,减少无效比较
通过保持栈内元素的单调递增或递减顺序,确保每次处理新元素时只需与栈顶元素比较,快速找到满足条件的解(如下一个更大或更小的元素)。这种单调性使得无效元素被提前排除,避免重复遍历。 -
空间换时间,线性复杂度
单调栈以线性时间复杂度解决原本可能需要O(n²)的问题。每个元素最多入栈和出栈一次,通过栈结构保存中间状态,避免重复计算。 -
局部性原理与贪心策略
利用问题的局部性特征,当前元素的解仅依赖邻近的某些元素。结合贪心思想,每次处理局部最优(如最近的更大元素),逐步构建全局解。
典型应用场景
适用于需要为每个元素寻找前后边界的问题,例如:
下一个更大元素:维护递减栈,遇到更大元素时触发计算。
柱状图最大矩形:维护递增栈,确定左右第一个更矮的柱子。
接雨水:通过递减栈计算凹槽储水量。
总结:单调栈通过维护序列的单调性,高效管理候选元素,将复杂问题转化为线性扫描,核心在于利用有序性排除冗余操作,从而优化时间和空间效率。其本质是结合单调性、贪心策略与空间换时间的技术,解决特定类型的序列边界问题。