【面试高频题】难度 4/5,单调栈的热门运用

2023-02-27 10:52:26 浏览数 (1)

题目描述

这是 LeetCode 上的「456. 132 模式」,难度为「中等」

Tag : 「单调栈」

给你一个整数数组 nums,数组中共有 n 个整数。132 模式的子序列 由三个整数 nums[i]nums[j]nums[k] 组成,并同时满足:

i < j < k

nums[i] < nums[k] < nums[j]

如果 nums 中存在 132 模式的子序列 ,返回 true;否则,返回 false

进阶:很容易想到时间复杂度为

O(n^2)

的解决方案,你可以设计一个时间复杂度为

O(n log{n})

O(n)

的解决方案吗?

示例 1:

代码语言:javascript复制
输入:nums = [1,2,3,4]

输出:false

解释:序列中不存在 132 模式的子序列。

示例 2:

代码语言:javascript复制
输入:nums = [3,1,4,2]

输出:true

解释:序列中有 1 个 132 模式的子序列: [1, 4, 2] 。

示例 3:

代码语言:javascript复制
输入:nums = [-1,3,2,0]

输出:true

解释:序列中有 3 个 132 模式的的子序列:[-1, 3, 2]、[-1, 3, 0] 和 [-1, 2, 0] 。

提示:

n = nums.length
1 <= n <= 10^4
-10^9 <= nums[i] <= 10^9

基本思路

朴素的做法是分别对三个数进行枚举,这样的做法是

O(n^3)

的,数据范围是

10^4

,稳稳超时。

事实上,这样的数据范围甚至不足以我们枚举其中两个数,然后优化找第三个数的

O(n^2)

做法。

这时候根据数据范围会联想到树状数组,使用树状数组的复杂度是

O(nlog{n})

的,可以过。但是代码量会较多一点,还需要理解离散化等前置知识。题解也不太好写。

因此,我们可以从 132 的大小特性去分析,如果在确定一个数之后,如何快速找到另外两个数(我们使用 ijk 来代指 132 结构):

  1. 枚举 i:由于 i 是 132 结构中最小的数,那么相当于我们要从 i 后面,找到一个对数 (j,k),使得 (j,k) 都满足比 i 大,同时 jk 之间存在 j > k 的关系。由于我们的遍历是单向的,因此我们可以将问题转化为找 k,首先 k 需要比 i 大,同时在 [i, k] 之间存在比 k 大的数即可。
  2. 枚举 j:由于 j 是 132 结构里最大的数,因此我们需要在 j 的右边中比 j 小的「最大」的数,在 j 的左边找比 j 小的「最小」的数。这很容易联想到单调栈,但是朴素的单调栈是帮助我们找到左边或者右边「最近」的数,无法直接满足我们「最大」和「最小」的要求,需要引入额外逻辑。
  3. 枚举 k:由于 k 是 132 结构中的中间值,这里的分析逻辑和「枚举 i」类似,因为遍历是单向的,我们需要找到 k 左边的 i,同时确保 [i,k] 之间存在比 ik 大的数字。

以上三种分析方法都是可行的,但「枚举 i」的做法是最简单的。

因为如果存在 (j,k) 满足要求的话,我们只需要找到一个最大的满足条件的 k,通过与 i 的比较即可。

也许你还不理解是什么意思。没关系,我们一边证明一边说。

过程 & 证明

先说处理过程吧,我们从后往前做,维护一个「单调递减」的栈,同时使用 k 记录所有出栈元素的最大值(k 代表满足 132 结构中的 2)。

那么当我们遍历到 i,只要满足发现满足 nums[i] < k,说明我们找到了符合条件的 i j k

举个

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