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【算法竞赛】单调队列 | 找几个连续数中最小的数字 | 动态规划单调性优化 | Monotone Priority Queue

洪飞驰
2023-12-01

单调队列

概念:

队列(Queue): 先进先出的数据结构

优先队列(Priority Queue): 优先级高的元素进队时可插队, 时时排序

单调队列(Monotone Priority Queue): 假如新元素进队时, 优先级高的将前面优先级低于自己的直接踢出队列

单调队列保证同时满足从队首开始, 优先级递减, 进队时间越靠后越晚.

应用: 动态规划单调性优化

单调队列模板题

给N个数, 求连续K个数的最小值.

样例输入

9 3

1 4 7 5 3 6 9 8 2

样例输出

1 4 3 3 3 6 2

暴力O(n*k)

#include<iostream>
using namespace std;
int num[100];
int main()
{
	int n, k;
	cin >> n >> k;
	for (int i = 1; i <= n; i++) {
		cin >> num[i];
	}
	for (int i = k; i <= n; i++) {
		int mn = 0x3f3f3f, mx = -1;
		for (int j = i - k + 1; j <= i; j++) {
			mn = min(mn, num[j]);
			mx = max(mx, num[j]);
		}
		if (i != k)cout << " ";
		cout << mn;
	}
	return 0;
}

单调队列(n)

核心思想: 高效排除不可能成为答案的数字

算法功能是找几个连续数中最小的数字, 后来的数字小于前面的数字, 则前面的数字不会再成为答案.
每个数字进队时踢出前面比自己大的数, 始终取队首为答案
单开一个数组记录队里数在原数组的下标, 队首数字太老就出队

#include<iostream>
using namespace std;
int N, K, num[10001], Q[10001], id[10001], l = 1, r = 0; //l: 队尾指针, r: 队头指针
int main()
{
	cin >> N >> K;
	for (int i = 1; i <= N; i++) cin >> num[i];
	for (int i = 1; i <= N; i++) {
		while (l <= r && num[i] < Q[r]) r--;	// 把前面比自己大的数出队
		r++;									// 入队
		Q[r] = num[i];
		id[r] = i;								// 记录原数组下标
		if (id[l] + K <= i) l++;
		if (i >= K)cout << Q[l] << " ";
	}
	return 0;
}
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