代码随想录算法训练营Day12 | 239.滑动窗口最大值、347.前K个高频元素

239.滑动窗口最大值

题目：给你一个整数数组 nums，有一个大小为 k 的滑动窗口从数组的最左侧移动到数组的最右侧。你只可以看到在滑动窗口内的 k 个数字。滑动窗口每次只向右移动一位。

返回 滑动窗口中的最大值 。

示例 1：

输入：nums = [1,3,-1,-3,5,3,6,7], k = 3
输出：[3,3,5,5,6,7]
解释：
滑动窗口的位置                最大值
---------------               -----
[1  3  -1] -3  5  3  6  7       3
 1 [3  -1  -3] 5  3  6  7       3
 1  3 [-1  -3  5] 3  6  7       5
 1  3  -1 [-3  5  3] 6  7       5
 1  3  -1  -3 [5  3  6] 7       6
 1  3  -1  -3  5 [3  6  7]      7

示例 2：

输入：nums = [1], k = 1
输出：[1]

提示：

1 <= nums.length <= 105
-104 <= nums[i] <= 104
1 <= k <= nums.length

题目链接：239. 滑动窗口最大值

卡哥的视频链接：单调队列正式登场！| LeetCode：239. 滑动窗口最大值

题目思路：用单调队列来实现，把最大值放在出口位置，如果出现了比当前最大元素还要大的元素，就把前面的元素全部弹出，直到队列为空，然后再将新元素都添加到队列中。这样可以保证队列的元素保持单调递减，同时保证队列头部始终是当前滑动窗口的最大值。如果遍历到比当前元素小的元素，就直接加入队列中。

尤其注意，本题使用的是双向队列，除了队头元素，其余元素都是从入队方向进入的。

为什么队列中要存放数组下标的值而不是直接存储数值，因为要判断队首的值是否在窗口范围内，由数组下标取值很方便，而由值取数组下标不是很方便。

代码示例：

import java.util.Deque;
import java.util.LinkedList;

public class dandiaoduilie {
    // 定义一个方法 max，用于求解滑动窗口的最大值
    public int[] max(int[] nums,int k){
        // 参数检查，如果数组为空或者长度小于 2，直接返回原数组
        if(nums == null || nums.length < 2){
            return nums;
        }
        // 创建一个 LinkedList 类型的队列，用于维护滑动窗口中的元素索引
        LinkedList<Integer> queue = new LinkedList<>();
        // 创建一个数组用于存放结果，长度为 nums.length - k + 1，因为每次滑动窗口只有一个最大值
        int[] result = new int[nums.length - k + 1];
        // 遍历数组 nums
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            // 维护单调递减队列，保证队列头部元素始终是当前窗口的最大值的索引
            while (!queue.isEmpty() && nums[queue.peekLast()] <= nums[i]) {
                queue.pollLast(); // 如果队尾元素对应的值小于等于当前值，将其弹出
            }
            queue.addLast(i); // 将当前元素的索引添加到队尾
            if (queue.peek() <= i - k) {
                queue.poll(); // 如果队头元素对应的索引已经不在当前窗口范围内，将其从队头移除
            }
            if (i + 1 >= k) {
                result[i + 1 - k] = nums[queue.peek()]; // 如果当前窗口大小达到 k，将当前窗口的最大值存入结果数组中
            }
        }
        return result; // 返回结果数组
    }
}

代码逻辑详解：

max 方法接受一个整数数组 nums 和一个整数 k，其中 k 是滑动窗口的大小，该方法返回每个窗口中的最大值数组。
在方法内部：
- 首先，进行参数检查，如果数组 nums 为 null 或者长度小于 2，直接返回 nums。
- 创建一个 LinkedList 类型的队列 queue，用于维护滑动窗口中的元素索引。
- 创建一个长度为 nums.length - k + 1 的结果数组 result，用于存放每个窗口中的最大值。
- 遍历数组 nums，利用单调队列的特性来维护滑动窗口的最大值：
  - 在遍历过程中，若当前元素大于队列尾部元素对应的值，则将队尾元素弹出，直到队列为空或者队尾元素对应的值大于当前元素。
  - 将当前元素的索引添加到队列尾部。
  - 如果队列头部元素对应的索引已经不在当前窗口范围内，则将其从队列中移除。
  - 如果当前元素索引大于等于 k，则将当前窗口的最大值存入结果数组中，这里是根据数组下标来存储，所以实际上是 result[i - k] 存放的是第 i - k + 1 个窗口的最大值。
- 最后返回结果数组 result。