单调栈:General

1. LC 901.股票价格跨度

题面:

设计一个算法收集某些股票的每日报价,并返回该股票当日价格的 跨度 。

当日股票价格的 跨度 被定义为股票价格小于或等于今天价格的最大连续日数(从今天开始往回数,包括今天)。

  • 例如,如果未来 7 天股票的价格是 [100,80,60,70,60,75,85],那么股票跨度将是 [1,1,1,2,1,4,6] 。

实现 StockSpanner 类:

  • StockSpanner() 初始化类对象。
  • int next(int price) 给出今天的股价 price ,返回该股票当日价格的 跨度 。

示例:

输入:
["StockSpanner", "next", "next", "next", "next", "next", "next", "next"]
[[], [100], [80], [60], [70], [60], [75], [85]]
输出:
[null, 1, 1, 1, 2, 1, 4, 6]

解释:
StockSpanner stockSpanner = new StockSpanner();
stockSpanner.next(100); // 返回 1
stockSpanner.next(80);  // 返回 1
stockSpanner.next(60);  // 返回 1
stockSpanner.next(70);  // 返回 2
stockSpanner.next(60);  // 返回 1
stockSpanner.next(75);  // 返回 4 ,因为截至今天的最后 4 个股价 (包括今天的股价 75) 都小于或等于今天的股价。
stockSpanner.next(85);  // 返回 6

思路分析:

现在假设我们先要统计第5天(索引从0开始),也就是价格为75的那一天的跨度。然后统计第6天,也就是价格为85的那一天的跨度。

  1. 75一直到前面的60都是ok的,80不满足条件,所以跨度=5-2+1=5-1=4(第5天75,第2天60)
  2. 85一直到前面80都是ok的,100不满足条件,所以跨度=6-1+1=6-0=6

观察一下,可以发现85重复统计了第2到第4天(60,70,60)的数据,但实际上,如果我们明确知道了85≥75时,就可以复用75的统计,也就是自动筛掉(60,70,60)这组数据了。

但75和80本身不在75的统计中,所以85在统计时还是要算上这俩的。

也就是说如果我们统计了某一天的跨度,发现当日(假设第x天)股票价格比过去相邻且连续的某些天的股票价格要大(或相等),我们就可以把之前那些天的价格全扔了,之后就不用统计了。

这是因为,若

  1. 第y天的价格≥第x天的价格,y>x。那么第y天的价格一定大于被扔掉的那些天的价格
  2. 第y天的价格<第x天的价格,y>x。那么在统计第y天的跨度时,无论它和被扔掉的那些天的价格比较的结果如何,它至少会卡在第x天上。换个说法,它根本就没资格和之前被扔掉的那些天的价格作比较。

由上述1,2的分析,我们就可以放心地把在第x天之前并且和第x天相邻且连续的所有不如第x天价格的天数全部都扔了。

这样的操作带来了两个特性:

  1. 先进后出
    1. 记录的数据加在最上面
    2. 扔掉的数据从上面开始
  2. 单调减
    1. 记录当日价格时会把之前≤当日价格的数据扔掉,不可能出现某两个记录,在下面的记录的价格反而小于在上面的记录的价格。

这样的数据结构称为单调栈。

流程图:

  • 6 85
  • 5 75 (drc 6,85)
  • 4 60 (drc1 5 75)
  • 3 70 (drc2 5,75)
  • 2 60 (delte when record 3 70)
  • 1 80
  • 0 100

注意扔掉的时机

代码实现:

class StockSpanner {
    Deque<int[]> stack;
    int idx;
    public StockSpanner() {
        stack = new ArrayDeque<int[]>();
        idx = -1;
        stack.push(new int[]{-1,Integer.MAX_VALUE}); //哨兵
    }
    
    public int next(int price) {
        idx++;
     
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