862.和至少为K的最短子数组

本文讨论了如何利用前缀和和单调队列解决一个关于连续子数组和的问题,通过预处理和优化数据结构,将原始O(n^2)的时间复杂度降低,实现高效求解。

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杂谈:

        其实这样的对于 连续 + 长度 的题目,都可以想一想单调队列

        首先想一想暴力解, 其实对于很多问题我们都可以先想一想暴力解,这是很好的启发思路的方式,之后再进行优化,或者改进算法,或者使用更好的数据结构,类似暴力回溯之后转化记忆化回溯,在过渡到dp,然后最大最小值就可以使用单调栈/队列来算.

        这个题目我们就可以先使用前缀和来在O(1)内计算出一个区间的和,之后对长度从1到 len进行遍历即可,时间复杂度是O(n^2),而且这个题目是不能用二分法的,因为它不满足前一部分全0后一部分全1,或者前一部分全1后一部分全0这样的限制,比如-1,-1,-1...t...-1,-1,-1, k=t,只要包含一个-1就不成立,但是输出应该是1;

思路解析:

        使用了前缀和之后,就变成了 求最小的 j-i 使得 sums[j]-sum[i]>=k i<j, 也就是对于给定的j, 求最大的i,使得sums[i]<=sums[j]-k, 所以对于队列中的元素,如果u<v,而sums[u]>sums[v]就可以把u给请出去了,这是对于队尾的操作

        可以看到对队尾操作之后,整个队列就变成递增的了,而对于队头的操作就是,如果当前的sums[j]-队头对对应的元素(记为sums[i])>=k,也就是满足条件,这个时候就应该观察队头后面的元素了,而且要注意到这个时候的队头以及可以pop_front了,因为再用它做左边界,在之后的遍历中,也不会得到比 (j-i) 更小的长度了

        代码如下:

class Solution {
public:
//不能使用二分法 
//使用前缀和做预处理
//对应给定的j,枚举所有i, i<j, 同时s[j]-s[i]>=k 对这样的 (i,j] 取最小的 j-i
//但是直接计算的时间复杂度是O(n^2)
//所以我们要选择一个合适的数据结构, 及时把不用的元素去除

//还要注意数据可能爆int 需要开long long
    int shortestSubarray(vector<int>& nums, int k) {
        int len=nums.size();
        int ans=len+1;
        vector<long long> sums(len+1,0);
        for(int i=0;i<len;i++){
            sums[i+1] = sums[i]+nums[i];
        }
        deque<int> dq; 
        //优化一:
        //对于i,一旦如果 (dq的尾)s[j] - (dq的头)s[i]>=k 
        //那么对于j+1,j+2...   s[i]都不可能再作为子序列的左边界了 
        //因为此时不可能得到一个比j-i更短的长度了
        //这个时候就可以把s[i]弹出去了

        //优化二:
        //如果出现了i<j, (dq的尾)s[i]>=s[j],这种情况,其实就可以把s[i]弹出去了
        //因为对于后面的一个s[k],s[k]-s[j] >= s[k]-s[i]
        //而且k和j的距离,还比 k和i的距离近
        for(int j=0;j<=len;j++){

            while(dq.size() && sums[dq.back()]>=sums[j]){
                dq.pop_back();
            }
            while(dq.size() && sums[j] - sums[dq.front()]>=k){
                ans=min(ans,j-dq.front());
                dq.pop_front();
            }
            dq.push_back(j);
        }
        return ans>len?-1:ans;
    }
};

        注:

        1. 前缀和需要使用long long,因为可能爆int,

        2.这个两个while的顺序是可以改变的,不会影响结果

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