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C++怎么实现滑动窗口最大值(单调队列)

夜雪姑娘_5587

夜雪姑娘_5587

发布时间:2026-10-30 13:22:28

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来源于php中文网

原创

不能直接用std::priority_queue,因其仅支持堆顶删除,无法按滑动顺序剔除过期元素,需懒删除导致最坏O(n log n);而单调队列用std::deque维护下标,通过队尾弹出≤当前值、队首检查过期,确保O(n)且队首恒为窗口最大值。

c++怎么实现滑动窗口最大值(单调队列)

为什么不能直接用 std::priority_queue?

因为堆无法按窗口滑动顺序删除过期元素——std::priority_queue 只能 pop 顶部最大值,但窗口左边界收缩时,该最大值可能早已不在当前窗口内。你得手动“懒删除”,但这样会破坏 O(1) 均摊复杂度,最坏退化到 O(n log n)。

真正需要的是一个支持「前端删除(出队)+ 后端增删(维护单调性)」的结构,即双端队列(std::deque),用来实现单调递减队列。

单调队列怎么保证队首永远是当前窗口最大值?

核心是入队时从队尾开始弹出所有 小于等于 当前元素的值——这样队列始终严格单调递减,且保留了更大、更“长寿”的候选者。同时,每次滑动前检查队首索引是否已移出窗口(q.front() ),是则弹出。

  • 队列里存的是 nums 的下标,不是值,方便判断是否过期
  • 比较用 nums[q.back()] ,等号必须包含:相同值时留后出现的,它存活时间更长
  • 窗口大小为 k,有效窗口范围是 [i - k + 1, i],所以队首索引 就该删

C++ 实现要点与易错细节

注意边界:第一个完整窗口出现在 i == k - 1 时,此前不记录答案;另外,deque 判空必须用 q.empty(),不能只靠 q.front() 访问。

C++14
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C++14 对 C++11 的修正与增强版本,适合旧系统维护和较老工具链兼容。

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vector<int> maxSlidingWindow(vector<int>& nums, int k) {
    deque<int> q; // 存下标
    vector<int> res;
    for (int i = 0; i < nums.size(); ++i) {
        // 弹出队尾所有 ≤ 当前值的下标(维持单调递减)
        while (!q.empty() && nums[q.back()] <= nums[i])
            q.pop_back();
        q.push_back(i);
        // 弹出队首过期下标(窗口左边界为 i-k+1)
        if (q.front() < i - k + 1)
            q.pop_front();
        // 第一个完整窗口形成后才记录结果
        if (i >= k - 1)
            res.push_back(nums[q.front()]);
    }
    return res;
}
  • 不要写成 nums[q.back()] (漏掉等号):遇到重复最大值如 <code>[3,3,3,3],队列只剩最后一个下标,前面窗口就取不到正确最大值
  • 不要在 push_back(i) 之后立即检查并 pop_front():顺序反了,可能把刚进来的 i 错误弹出(当 k==1 时尤其明显)
  • if (i >= k - 1) 是安全下限,比 if (q.size() == k) 可靠得多——队列长度 ≠ 窗口长度

和 std::multiset 对比有什么实际影响?

用 multiset 能模拟滑动窗口:插入、删除指定值、取 rbegin(),代码看似简洁,但每次操作都是 O(log k),总时间 O(n log k),且内存开销大;而单调队列是严格 O(n),每个下标最多入队出队各一次。实测在 n=1e6、k=1e4 场景下,单调队列快 3–5 倍,且无动态内存分配抖动。

真正难的不是写对逻辑,而是理解为什么「删队尾小数 + 查队首是否过期」这两个动作就能覆盖所有窗口状态——它本质是用空间换确定性:放弃保存所有历史信息,只维护对后续决策有用的“支配性候选”。

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