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C++如何实现数组的窗口滑动最大值算法

老杰小哥_7064

老杰小哥_7064

发布时间:2026-06-02 18:16:07

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来源于php中文网

原创

暴力遍历时间复杂度O(n×k)近O(n²),不适用于大数据流;单调队列用deque存下标维护递减序列,保证O(n)时间与O(k)空间,核心是下标存储以支持过期判断和递减性维护。

c++如何实现数组的窗口滑动最大值算法

滑动窗口最大值为什么不能用暴力遍历

每次窗口移动都重新找一遍最大值,时间复杂度是 O(n * k),当 k 接近 n 时接近 O(n²)。实际中比如处理百万级传感器数据流,这种写法会明显卡顿甚至超时。

真正实用的解法依赖单调队列——不是 STL 的 std::queue,而是用 std::deque 维护一个递减序列,保证队首始终是当前窗口最大值的下标。

用 std::deque 实现单调队列的关键操作

核心不是存值,是存数组下标,这样才能判断元素是否已滑出窗口;同时要维持队列内对应值严格递减。

  • 每轮循环前,检查 deque.front() 是否小于等于 i - k(即已过期),是则 pop_front()
  • 从队尾开始,只要 nums[deque.back()] <= nums[i],就 pop_back() —— 保证递减性
  • 把当前下标 i push_back()
  • 当 i >= k - 1(即窗口已形成),取 nums[deque.front()] 作为结果

示例片段:

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std::vector<int> maxSlidingWindow(const std::vector<int>& nums, int k) {
    std::deque<int> dq;
    std::vector<int> res;
    for (int i = 0; i < nums.size(); ++i) {
        while (!dq.empty() && dq.front() <= i - k) dq.pop_front();
        while (!dq.empty() && nums[dq.back()] <= nums[i]) dq.pop_back();
        dq.push_back(i);
        if (i >= k - 1) res.push_back(nums[dq.front()]);
    }
    return res;
}

deque 和 vector 做单调队列的区别

必须用 std::deque,不能用 std::vector 模拟:因为需要在两端高效增删,vector::pop_front() 是 O(n),会把整体拉回 O(n²)。

另外注意几个边界易错点:

  • k == 0 或 nums 为空时,直接返回空 vector
  • k == 1 时,结果就是原数组,但代码逻辑仍适用,无需特判
  • 输入 k > nums.size() 属于非法输入,按题意通常不需处理,但生产环境建议加断言

如果必须用 priority_queue 怎么办

可以,但得配合延迟删除:用大顶堆存 {value, index},每次取堆顶时检查 index 是否仍在窗口内。问题在于过期元素不会自动清除,堆可能堆积大量无效项,最坏空间 O(n),且常数较大。

相比单调队列的 O(n) 时间 + O(k) 空间,priority_queue 版本实际性能差一截,只适合快速验证逻辑或面试兜底。

真正要注意的是:单调队列里维护的是下标而非数值,这个设计选择直接影响了窗口过期判断和去重逻辑——漏掉这点,整个结构就失去意义。

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