Java實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)窗口算法的示例代碼
1、簡(jiǎn)述
滑動(dòng)窗口算法是一種高效解決子數(shù)組、子字符串問(wèn)題的算法,廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)流處理、網(wǎng)絡(luò)限流和字符串操作等場(chǎng)景。本文將詳細(xì)解析滑動(dòng)窗口算法的核心思想、常見(jiàn)問(wèn)題及其實(shí)現(xiàn)方式,并結(jié)合具體示例和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行說(shuō)明。
2、核心思想
滑動(dòng)窗口是一種雙指針技術(shù),維護(hù)一個(gè)能夠在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上"滑動(dòng)"的窗口(通常由兩個(gè)指針表示)。通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整窗口的范圍,優(yōu)化計(jì)算的時(shí)間復(fù)雜度。
基本步驟:
- 初始化兩個(gè)指針
left
和right
,分別表示窗口的左邊界和右邊界。 - 移動(dòng)
right
指針擴(kuò)大窗口,直到窗口滿足問(wèn)題的條件。 - 在滿足條件時(shí),移動(dòng)
left
指針縮小窗口,尋找更優(yōu)解或移除不必要的元素。 - 重復(fù)上述過(guò)程,直到
right
遍歷完整個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
3、實(shí)踐樣例
以下是幾個(gè)經(jīng)典問(wèn)題的滑動(dòng)窗口解法:
3.1 找到字符串中所有不重復(fù)字符的最長(zhǎng)子串
給定一個(gè)字符串,找出其中不含重復(fù)字符的最長(zhǎng)子串。
import java.util.HashSet; public class LongestSubstringWithoutRepeatingChars { public int lengthOfLongestSubstring(String s) { int left = 0, right = 0, maxLength = 0; HashSet<Character> window = new HashSet<>(); while (right < s.length()) { char c = s.charAt(right); if (!window.contains(c)) { window.add(c); maxLength = Math.max(maxLength, right - left + 1); right++; } else { window.remove(s.charAt(left)); left++; } } return maxLength; } public static void main(String[] args) { LongestSubstringWithoutRepeatingChars solution = new LongestSubstringWithoutRepeatingChars(); System.out.println(solution.lengthOfLongestSubstring("abcabcbb")); // Output: 3 } }
3.2 滑動(dòng)窗口最大值
給定一個(gè)數(shù)組 nums
和一個(gè)大小為 k
的窗口,找到每個(gè)滑動(dòng)窗口中的最大值。
import java.util.ArrayDeque; import java.util.Deque; public class SlidingWindowMaximum { public int[] maxSlidingWindow(int[] nums, int k) { if (nums == null || nums.length == 0) return new int[0]; int n = nums.length; int[] result = new int[n - k + 1]; Deque<Integer> deque = new ArrayDeque<>(); for (int i = 0; i < nums.length; i++) { // 移除窗口左側(cè)已過(guò)期的元素 if (!deque.isEmpty() && deque.peekFirst() < i - k + 1) { deque.pollFirst(); } // 移除所有比當(dāng)前元素小的元素,因?yàn)樗鼈儾粫?huì)成為最大值 while (!deque.isEmpty() && nums[deque.peekLast()] < nums[i]) { deque.pollLast(); } deque.offerLast(i); // 當(dāng)窗口達(dá)到大小 k 時(shí),記錄最大值 if (i >= k - 1) { result[i - k + 1] = nums[deque.peekFirst()]; } } return result; } public static void main(String[] args) { SlidingWindowMaximum solution = new SlidingWindowMaximum(); int[] result = solution.maxSlidingWindow(new int[]{1,3,-1,-3,5,3,6,7}, 3); for (int r : result) { System.out.print(r + " "); } // Output: 3 3 5 5 6 7 } }
4、應(yīng)用場(chǎng)景
滑動(dòng)窗口算法因其高效性,在以下場(chǎng)景中應(yīng)用廣泛:
字符串處理:
查找字符串中的子串問(wèn)題,例如最長(zhǎng)無(wú)重復(fù)子串、包含所有指定字符的最短子串。數(shù)據(jù)流處理:
在處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流時(shí),通過(guò)滑動(dòng)窗口維護(hù)最近的狀態(tài),例如計(jì)算實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)信息(平均值、最大值等)。網(wǎng)絡(luò)限流:
滑動(dòng)窗口用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)限流算法,限制一段時(shí)間內(nèi)的請(qǐng)求數(shù)量。數(shù)組處理:
處理固定窗口大小的問(wèn)題,例如滑動(dòng)窗口最大值、最小值等。
5、總結(jié)
滑動(dòng)窗口算法通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整窗口范圍,極大地提高了求解某些問(wèn)題的效率。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中,可以結(jié)合問(wèn)題的特點(diǎn)靈活使用滑動(dòng)窗口 技術(shù)解決各種復(fù)雜問(wèn)題。如果你還沒(méi)有在項(xiàng)目中嘗試滑動(dòng)窗口算法,那么不妨以本文提供的代碼示例為起點(diǎn),嘗試將其應(yīng)用到實(shí)際場(chǎng)景中。
以上就是Java實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)窗口算法的示例代碼的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于Java滑動(dòng)窗口算法的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!
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