class049 滑动窗口技巧与相关题目【算法】
算法讲解049【必备】滑动窗口技巧与相关题目
code1 209. 长度最小的子数组
// 累加和大于等于target的最短子数组长度
// 给定一个含有 n 个正整数的数组和一个正整数 target
// 找到累加和 >= target 的长度最小的子数组并返回其长度
// 如果不存在符合条件的子数组返回0
// 测试链接 : https://leetcode.cn/problems/minimum-size-subarray-sum/
package class049;
// 累加和大于等于target的最短子数组长度
// 给定一个含有 n 个正整数的数组和一个正整数 target
// 找到累加和 >= target 的长度最小的子数组并返回其长度
// 如果不存在符合条件的子数组返回0
// 测试链接 : https://leetcode.cn/problems/minimum-size-subarray-sum/
public class Code01_MinimumSizeSubarraySum {
public static int minSubArrayLen(int target, int[] nums) {
int ans = Integer.MAX_VALUE;
for (int l = 0, r = 0, sum = 0; r < nums.length; r++) {
sum += nums[r];
while (sum - nums[l] >= target) {
// sum : nums[l....r]
// 如果l位置的数从窗口出去,还能继续达标,那就出去
sum -= nums[l++];
}
if (sum >= target) {
ans = Math.min(ans, r - l + 1);
}
}
return ans == Integer.MAX_VALUE ? 0 : ans;
}
}
code2 3. 无重复字符的最长子串
// 无重复字符的最长子串
// 给定一个字符串 s ,请你找出其中不含有重复字符的 最长子串 的长度。
// 测试链接 : https://leetcode.cn/problems/longest-substring-without-repeating-characters/
package class049;
import java.util.Arrays;
// 无重复字符的最长子串
// 给定一个字符串 s ,请你找出其中不含有重复字符的 最长子串 的长度。
// 测试链接 : https://leetcode.cn/problems/longest-substring-without-repeating-characters/
public class Code02_LongestSubstringWithoutRepeatingCharacters {
public static int lengthOfLongestSubstring(String str) {
char[] s = str.toCharArray();
int n = s.length;
// char -> int -> 0 ~ 255
// 每一种字符上次出现的位置
int[] last = new int[256];
// 所有字符都没有上次出现的位置
Arrays.fill(last, -1);
// 不含有重复字符的 最长子串 的长度
int ans = 0;
for (int l = 0, r = 0; r < n; r++) {
l = Math.max(l, last[s[r]] + 1);
ans = Math.max(ans, r - l + 1);
// 更新当前字符上一次出现的位置
last[s[r]] = r;
}
return ans;
}
}
code3 76. 最小覆盖子串
// 最小覆盖子串
// 给你一个字符串 s 、一个字符串 t 。返回 s 中涵盖 t 所有字符的最小子串
// 如果 s 中不存在涵盖 t 所有字符的子串,则返回空字符串 “” 。
// 测试链接 : https://leetcode.cn/problems/minimum-window-substring/
package class049;
// 最小覆盖子串
// 给你一个字符串 s 、一个字符串 t 。返回 s 中涵盖 t 所有字符的最小子串
// 如果 s 中不存在涵盖 t 所有字符的子串,则返回空字符串 "" 。
// 测试链接 : https://leetcode.cn/problems/minimum-window-substring/
public class Code03_MinimumWindowSubstring {
public static String minWindow(String str, String tar) {
if (str.length() < tar.length()) {
return "";
}
char[] s = str.toCharArray();
char[] t = tar.toCharArray();
int[] cnts = new int[256];
for (char cha : t) {
cnts[cha]--;
}
// 最小覆盖子串的长度
int len = Integer.MAX_VALUE;
// 从哪个位置开头,发现的这个最小覆盖子串
int start = 0;
for (int l = 0, r = 0, debt = t.length; r < s.length; r++) {
// s[r] 当前字符 -> int
// cnts[s[r]] : 当前字符欠债情况,负数就是欠债,正数就是多给的
if (cnts[s[r]]++ < 0) {
debt--;
}
if (debt == 0) {
// r位置结尾,真的有覆盖子串!
// 看看这个覆盖子串能不能尽量短
while (cnts[s[l]] > 0) {
// l位置的字符能拿回
cnts[s[l++]]--;
}
// 从while里面出来,
// l....r就是r位置结尾的最小覆盖子串
if (r - l + 1 < len) {
len = r - l + 1;
start = l;
}
}
}
return len == Integer.MAX_VALUE ? "" : str.substring(start, start + len);
}
}
code4 134. 加油站
// 加油站
// 在一条环路上有 n 个加油站,其中第 i 个加油站有汽油 gas[i] 升。
// 你有一辆油箱容量无限的的汽车,从第 i 个加油站开往第 i+1 个加油站需要消耗汽油 cost[i] 升
// 你从其中的一个加油站出发,开始时油箱为空。
// 给定两个整数数组 gas 和 cost ,如果你可以按顺序绕环路行驶一周
// 则返回出发时加油站的编号,否则返回 -1
// 如果存在解,则 保证 它是 唯一 的。
// 测试链接 : https://leetcode.cn/problems/gas-station/
package class049;
// 加油站
// 在一条环路上有 n 个加油站,其中第 i 个加油站有汽油 gas[i] 升。
// 你有一辆油箱容量无限的的汽车,从第 i 个加油站开往第 i+1 个加油站需要消耗汽油 cost[i] 升
// 你从其中的一个加油站出发,开始时油箱为空。
// 给定两个整数数组 gas 和 cost ,如果你可以按顺序绕环路行驶一周
// 则返回出发时加油站的编号,否则返回 -1
// 如果存在解,则 保证 它是 唯一 的。
// 测试链接 : https://leetcode.cn/problems/gas-station/
public class Code04_GasStation {
public static int canCompleteCircuit(int[] gas, int[] cost) {
int n = gas.length;
// 车辆尝试从0~n-1出发,看能不能走一圈,l
// r : 窗口即将进来数字的位置
// len : 窗口大小
// sum : 窗口累加和
for (int l = 0, r = 0, len = 0, sum = 0; l < n; l++) {
while (sum >= 0) {
// 当前窗口累加和>=0,尝试扩
if (len == n) {
return l;
}
// r : 窗口即将进来数字的位置
r = (l + (len++)) % n;
sum += gas[r] - cost[r];
}
// sum < 0,此时l位置无法转一圈
len--;
sum -= gas[l] - cost[l];
}
return -1;
}
}
code5 1234. 替换子串得到平衡字符串
// 替换子串得到平衡字符串
// 有一个只含有 ‘Q’, ‘W’, ‘E’, ‘R’ 四种字符,且长度为 n 的字符串。
// 假如在该字符串中,这四个字符都恰好出现 n/4 次,那么它就是一个「平衡字符串」。
// 给你一个这样的字符串 s,请通过「替换一个子串」的方式,使原字符串 s 变成一个「平衡字符串」。
// 你可以用和「待替换子串」长度相同的 任何 其他字符串来完成替换。
// 请返回待替换子串的最小可能长度。
// 如果原字符串自身就是一个平衡字符串,则返回 0。
// 测试链接 : https://leetcode.cn/problems/replace-the-substring-for-balanced-string/
package class049;
// 替换子串得到平衡字符串
// 有一个只含有 'Q', 'W', 'E', 'R' 四种字符,且长度为 n 的字符串。
// 假如在该字符串中,这四个字符都恰好出现 n/4 次,那么它就是一个「平衡字符串」。
// 给你一个这样的字符串 s,请通过「替换一个子串」的方式,使原字符串 s 变成一个「平衡字符串」。
// 你可以用和「待替换子串」长度相同的 任何 其他字符串来完成替换。
// 请返回待替换子串的最小可能长度。
// 如果原字符串自身就是一个平衡字符串,则返回 0。
// 测试链接 : https://leetcode.cn/problems/replace-the-substring-for-balanced-string/
public class Code05_ReplaceTheSubstringForBalancedString {
// Q W E R
// 0 1 2 3
// "W Q Q R R E"
// 1 0 0 3 3 2
// cnts[1] = 1;
// cnts[0] = 2;
// cnts[2] = 1;
// cnts[3] = 2;
public static int balancedString(String str) {
int n = str.length();
int[] arr = new int[n];
int[] cnts = new int[4];
for (int i = 0; i < n; i++) {
char c = str.charAt(i);
arr[i] = c == 'W' ? 1 : (c == 'E' ? 2 : (c == 'R' ? 3 : 0));
cnts[arr[i]]++;
}
// str : 长度是4的整数倍,n
// 每种字符出现的个数 : n/4
int require = n / 4;
// 至少要修改多长的子串,才能做到四种字符一样多
int ans = n;
// 自由变化的窗口l....r
for (int l = 0, r = 0; l < n; l++) {
// l = 0, r= 0, 窗口0长度
// l...r-1 : [l,r)
while (!ok(cnts, r - l, require) && r < n) {
// cnts : 窗口之外的统计
cnts[arr[r++]]--;
}
// 1) l...r-1 [l,r) ,做到了!
// 2) r == n,也没做到
if (ok(cnts, r - l, require)) {
ans = Math.min(ans, r - l);
}
// [l,r),不被cnts统计到的
// l+1
cnts[arr[l]]++;
}
return ans;
}
// cnts : l...r范围上的字符不算!在自由变化的窗口之外,每一种字符的词频统计
// len : 自由变化窗口的长度
// require : 每一种字符都要达到的数量
// 返回值 : 请问能不能做到
public static boolean ok(int[] cnts, int len, int require) {
for (int i = 0; i < 4; i++) {
// 0 1 2 3
if (cnts[i] > require) {
return false;
}
// require - cnts[i] : 20 - 16 = 4
len -= require - cnts[i];
}
return len == 0;
}
}
code6 992. K 个不同整数的子数组
// K个不同整数的子数组
// 给定一个正整数数组 nums和一个整数 k,返回 nums 中 「好子数组」 的数目。
// 如果 nums 的某个子数组中不同整数的个数恰好为 k
// 则称 nums 的这个连续、不一定不同的子数组为 「好子数组 」。
// 例如,[1,2,3,1,2] 中有 3 个不同的整数:1,2,以及 3。
// 子数组 是数组的 连续 部分。
// 测试链接 : https://leetcode.cn/problems/subarrays-with-k-different-integers/
转化:
严格等于k的子数组个数:f(nums,k)-f(nums,k-1)
f函数是不超过k的子数组个数
package class049;
import java.util.Arrays;
// K个不同整数的子数组
// 给定一个正整数数组 nums和一个整数 k,返回 nums 中 「好子数组」 的数目。
// 如果 nums 的某个子数组中不同整数的个数恰好为 k
// 则称 nums 的这个连续、不一定不同的子数组为 「好子数组 」。
// 例如,[1,2,3,1,2] 中有 3 个不同的整数:1,2,以及 3。
// 子数组 是数组的 连续 部分。
// 测试链接 : https://leetcode.cn/problems/subarrays-with-k-different-integers/
public class Code06_SubarraysWithKDifferentIntegers {
public static int subarraysWithKDistinct(int[] arr, int k) {
return numsOfMostKinds(arr, k) - numsOfMostKinds(arr, k - 1);
}
public static int MAXN = 20001;
public static int[] cnts = new int[MAXN];
// arr中有多少子数组,数字种类不超过k
// arr的长度是n,arr里的数值1~n之间
public static int numsOfMostKinds(int[] arr, int k) {
Arrays.fill(cnts, 1, arr.length + 1, 0);
int ans = 0;
for (int l = 0, r = 0, collect = 0; r < arr.length; r++) {
// r(刚进)
if (++cnts[arr[r]] == 1) {
collect++;
}
// l.....r 要求不超过3种,已经4种,l往右(吐数字)
while (collect > k) {
if (--cnts[arr[l++]] == 0) {
collect--;
}
}
// l.....r不超过了
// 0...3
// 0~3
// 1~3
// 2~3
// 3~3
ans += r - l + 1;
}
return ans;
}
}
code7 395. 至少有 K 个重复字符的最长子串
// 至少有K个重复字符的最长子串
// 给你一个字符串 s 和一个整数 k ,请你找出 s 中的最长子串
// 要求该子串中的每一字符出现次数都不少于 k 。返回这一子串的长度
// 如果不存在这样的子字符串,则返回 0。
// 测试链接 : https://leetcode.cn/problems/longest-substring-with-at-least-k-repeating-characters/
转化:
子串必须只有i中字符,>=k次,最长多少(1<=i<=26)
取最大值
package class049;
import java.util.Arrays;
// 至少有K个重复字符的最长子串
// 给你一个字符串 s 和一个整数 k ,请你找出 s 中的最长子串
// 要求该子串中的每一字符出现次数都不少于 k 。返回这一子串的长度
// 如果不存在这样的子字符串,则返回 0。
// 测试链接 : https://leetcode.cn/problems/longest-substring-with-at-least-k-repeating-characters/
public class Code07_LongestSubstringWithAtLeastKRepeating {
public static int longestSubstring(String str, int k) {
char[] s = str.toCharArray();
int n = s.length;
int[] cnts = new int[256];
int ans = 0;
// 每次要求子串必须含有require种字符,每种字符都必须>=k次,这样的最长子串是多长
for (int require = 1; require <= 26; require++) {
Arrays.fill(cnts, 0);
// collect : 窗口中一共收集到的种类数
// satisfy : 窗口中达标的种类数(次数>=k)
for (int l = 0, r = 0, collect = 0, satisfy = 0; r < n; r++) {
cnts[s[r]]++;
if (cnts[s[r]] == 1) {
collect++;
}
if (cnts[s[r]] == k) {
satisfy++;
}
// l....r 种类超了!
// l位置的字符,窗口中吐出来!
while (collect > require) {
if (cnts[s[l]] == 1) {
collect--;
}
if (cnts[s[l]] == k) {
satisfy--;
}
cnts[s[l++]]--;
}
// l.....r : 子串以r位置的字符结尾,且种类数不超的,最大长度!
if (satisfy == require) {
ans = Math.max(ans, r - l + 1);
}
}
}
return ans;
}
}