单调栈的简单操作

单调栈的模板题
单调栈的定义:
单调递增或单调减的栈,跟单调队列差不多,但是只用到它的一端
1.维护从左往右递增栈可以得到左边第一个比a[i]小的元素位置L[i]。
2.维护从左往右递减栈可以得到左边第一个比a[i]大的元素位置L[i]。
3.维护从右往左递增栈可以得到右边第一个比a[i]小的元素位置R[i]。
4.维护从右往左递减栈可以得到右边第一个比a[i]大的元素位置R[i]。
找一个数左/右边第一个比他大/小的元素的位置。
时间复杂度O(n)。

模板

Stack<int> S;
int a[N], L[N];

    for(int i=1 ;i<=n ;i++){

        while(S.size() && a[S.top()] >= a[i]) S.pop();//严格单调or非严格?
       
        if(S.empty())     L[i] = 0;
        else              L[i] = S.top();

        S.push(i);
    }

例题:HDU - 1506
添加链接描述
代码:

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cmath>
#include<algorithm>
#include<stack>
#include<cstring>
using namespace std;
const int n=100100;
typedef long long ll;
stack<int>s;
int l[n],r[n];
ll f[n];
int main(){
	int m;
	while(scanf("%d",&m)!=EOF){
		if(m==0)
		    break;
		for(int i=1;i<=m;i++)
		    scanf("%d",&f[i]);
		while(s.size())                        //清空栈
		    s.pop();
		for(int i=1;i<=m;i++){
			while(s.size()&&f[s.top()]>=f[i])//找到左面第一个比他小的数组的下标
			    s.pop();
			if(s.empty())//如果是空栈了就默认为第一个比他小的数组下标是第一个,这个通过自己画画图就可以知道
			    l[i]=1;
			else
			    l[i]=s.top()+1;
			s.push(i);
		}
		while(s.size())
		    s.pop();
		for(int i=m;i>=1;i--){
			while(s.size()&&f[s.top()]>=f[i])//找到右边第一个比他小的数组下表
			    s.pop();
			if(s.empty())
			    r[i]=m;
			else
			    r[i]=s.top()-1;
			s.push(i);
		}
		ll ans=0; 
		for(int i=1;i<=m;i++)
		    ans=max(ans,f[i]*(r[i]-l[i]+1));
		printf("%lld\n",ans);
	}
	return 0;
}
### C++ 中单调栈实现与应用 #### 1. 单调栈的基本概念 单调栈是一种特殊的栈结构,其内部元素按照某种顺序排列(通常是递增或递减)。通过维护这种特性,可以在 O(n) 的时间复杂度内完成某些特定问题的求解。例如,在数组中查找某个元素右侧的第一个更大或更小的元素等问题。 在 C++ 中,可以通过标准库中的 `std::vector` 或者手动定义一个数组作为栈容器来实现单调栈的功能[^5]。 --- #### 2. 单调栈的核心操作 单调栈操作主要包括以下几个方面: - **入栈**:当新元素满足当前栈的单调性时,将其压入栈。 - **出栈**:如果新元素破坏了栈的单调性,则弹出栈顶元素直到恢复单调性为止。 - **查询**:根据需求返回栈顶或其他位置的信息。 以下是基于上述逻辑的一个典型实现: ```cpp #include <iostream> using namespace std; const int N = 100010; int a[N], stk[N], tt, ans[N]; int main() { int n; cin >> n; for (int i = 0; i < n; i++) cin >> a[i]; // 初始化栈指针 tt = 0; for (int i = 0; i < n; i++) { while (tt && a[stk[tt]] <= a[i]) tt--; // 维护单调递减栈 if (!tt) ans[i] = -1; // 如果栈为空,说明左侧无较大值 else ans[i] = a[stk[tt]]; // 否则取栈顶对应值 stk[++tt] = i; // 当前索引入栈 } for (int i = 0; i < n; i++) cout << ans[i] << ' '; return 0; } ``` 此代码实现了寻找每个元素左侧第一个更大的元素功能。 --- #### 3. 应用场景举例 ##### (1)下一个更大元素 对于给定数组 `[4, 5, 2, 25]`,目标是找到每个元素右侧第一个比它大的元素。最终结果应为 `[5, 25, 25, -1]`。 解决方案如下所示: ```cpp #include <iostream> using namespace std; const int N = 100010; int a[N], stk[N], tt, res[N]; int main() { int n; cin >> n; for (int i = 0; i < n; i++) cin >> a[i]; tt = 0; for (int i = 0; i < n; i++) { while (tt && a[stk[tt]] < a[i]) { // 找到右侧较大的元素 res[stk[tt--]] = a[i]; // 更新结果 } stk[++tt] = i; // 将当前位置加入栈 } while (tt) res[stk[tt--]] = -1; // 剩余未匹配项设为 -1 for (int i = 0; i < n; i++) cout << res[i] << ' '; return 0; } ``` --- ##### (2)柱状图中最大矩形面积 另一个经典的单调栈问题是计算直方图的最大矩形面积。假设高度列表为 `[2, 1, 5, 6, 2, 3]`,那么可以借助单调栈快速解决问题。 核心思想在于记录每根柱子的高度以及可能形成矩形的宽度范围。 ```cpp #include <iostream> #include <stack> using namespace std; long long largestRectangleArea(vector<int>& heights) { stack<int> s; int size = heights.size(); vector<long long> areas(size); long long max_area = 0; for (int i = 0; i <= size; ++i) { int h = (i == size ? 0 : heights[i]); while (!s.empty() && h < heights[s.top()]) { int height = heights[s.top()]; s.pop(); int width = s.empty() ? i : i - s.top() - 1; max_area = max(max_area, static_cast<long long>(height * width)); } s.push(i); } return max_area; } int main() { vector<int> heights = {2, 1, 5, 6, 2, 3}; cout << largestRectangleArea(heights) << endl; return 0; } ``` --- #### 4. 总结 单调栈作为一种高效的数据结构,广泛应用于各种算法问题中。无论是简单的“下一个更大元素”,还是复杂的“柱状图最大矩形面积”问题,都可以通过合理的设计和优化得到高效的解答[^3]。 --- ###
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