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如何在 Java 中利用数组实现简单的单调队列以解决滑动窗口内的区间最值问题

千辰姑娘_3053

千辰姑娘_3053

发布时间:2026-05-10 17:52:19

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来源于php中文网

原创

Java中可用数组模拟单调队列解决滑动窗口最值问题,时间复杂度O(n);核心是用下标数组+head/tail指针维护单调性与窗口有效性,入队弹尾、出队查头、满窗记录结果。

如何在 java 中利用数组实现简单的单调队列以解决滑动窗口内的区间最值问题

在 Java 中,可以用数组模拟单调队列(Monotonic Queue)来高效解决滑动窗口最大值/最小值问题,时间复杂度稳定为 O(n),远优于暴力的 O(nk)。核心在于维护一个“下标数组”,使其对应元素值严格单调递增(求最小值)或严格单调递减(求最大值),同时保证下标在当前窗口内。

单调队列的数组结构设计

不使用 Deque 类,而是用一个普通整型数组 deque 存储原数组的下标(不是元素值),配合两个指针 head 和 tail 模拟双端队列:

  • deque[head] 是当前窗口内最值对应的下标(队首)
  • deque[head...tail-1] 存储有效下标,满足对应元素单调(如递减)
  • 初始化时 head = tail = 0;入队在 tail 端,出队在 head 端

维护单调性:入队时从尾部弹出

每次新下标 i 入队前,从 tail-1 往前检查:

  • 若求最大值,且 nums[deque[tail-1]] ,说明它不可能再成为后续窗口最值,<code>tail-- 弹出
  • 重复直到队尾元素 > nums[i] 或队空,再将 i 写入 deque[tail++]
  • 若求最小值,则改为 >= 判断,保持队列元素值递增

保证窗口有效性:出队时检查下标越界

窗口左边界是 i - k + 1,每次处理位置 i 前需清理过期下标:

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  • 若 deque[head] ,说明队首下标已滑出窗口,执行 <code>head++
  • 该判断应在获取当前窗口最值前进行(即每轮循环开头或结尾统一处理)
  • 只有当 i >= k - 1(即窗口已填满)时,才记录 nums[deque[head]] 为答案

完整示例:滑动窗口最大值(数组实现)

以下为简洁可运行逻辑(省略输入输出,聚焦核心):

int[] maxSlidingWindow(int[] nums, int k) {
    int n = nums.length;
    int[] res = new int[n - k + 1];
    int[] deque = new int[n]; // 下标容器
    int head = 0, tail = 0;
<pre class='brush:java;toolbar:false;'>for (int i = 0; i < n; i++) {
    // 1. 弹出过期下标
    while (head < tail && deque[head] < i - k + 1) {
        head++;
    }
    // 2. 维护单调递减:弹出尾部 ≤ 当前值的下标
    while (head < tail && nums[deque[tail - 1]] <= nums[i]) {
        tail--;
    }
    // 3. 加入当前下标
    deque[tail++] = i;
    // 4. 记录结果(窗口满后)
    if (i >= k - 1) {
        res[i - k + 1] = nums[deque[head]];
    }
}
return res;

}

注意:数组 deque 容量设为 n 足够(最多存 k 个下标,但安全起见用 n);所有操作均为 O(1) 均摊,整体线性。

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