2012.数组美丽值求和

目标

给你一个下标从 0 开始的整数数组 nums 。对于每个下标 i(1 <= i <= nums.length - 2),nums[i] 的 美丽值 等于:

  • 2,对于所有 0 <= j < i 且 i < k <= nums.length - 1 ,满足 nums[j] < nums[i] < nums[k]
  • 1,如果满足 nums[i - 1] < nums[i] < nums[i + 1] ,且不满足前面的条件
  • 0,如果上述条件全部不满足

返回符合 1 <= i <= nums.length - 2 的所有 nums[i] 的 美丽值的总和 。

示例 1:

输入:nums = [1,2,3]
输出:2
解释:对于每个符合范围 1 <= i <= 1 的下标 i :
- nums[1] 的美丽值等于 2

示例 2:

输入:nums = [2,4,6,4]
输出:1
解释:对于每个符合范围 1 <= i <= 2 的下标 i :
- nums[1] 的美丽值等于 1
- nums[2] 的美丽值等于 0

示例 3:

输入:nums = [3,2,1]
输出:0
解释:对于每个符合范围 1 <= i <= 1 的下标 i :
- nums[1] 的美丽值等于 0

说明:

  • 3 <= nums.length <= 10^5
  • 1 <= nums[i] <= 10^5

思路

有一个数组 nums,元素的美丽值定义如下:

  • 如果 nums[i] > nums[j] && 0 =< j < i && nums[i] < nums[k] && i < k <= n - 1,美丽值为 2
  • 如果 nums[i - 1] < nums[i] < nums[i + 1],美丽值为 1
  • 否则美丽值为 0

简单来说就是如果元素大于它前面的所有元素值并且小于它后面的所有元素值,美丽值为 2。如果仅仅大于它前面一个元素且小于它后面一个元素,美丽值为 1

首先想到的是使用单调栈维护当前元素后面第一个 小于等于 它的元素下标,保存到 floor[i],如果没有记录为 n;维护当前元素前面第一个 大于等于 它的元素下标,保存到 ceiling[i],如果没有记录为 -1。当 floor[i] == n && ceiling[i] == -1 时,美丽值为 2floor[i] > i + 1 && ceiling[i] < i - 1 时,美丽值为 1

网友题解使用的是维护前缀最大值和后缀最小值,如果当前元素大于前面的最大值且小于后面的最小值,美丽值为 2,否则直接比较前后两个元素,如果满足条件,美丽值为 1

代码


/**
 * @date 2025-03-11 8:48
 */
public class SumOfBeauties2012 {

    /**
     * 前缀最大值 后缀最小值
     */
    public int sumOfBeauties_v1(int[] nums) {
        int n = nums.length;
        int[] prefix = new int[n];
        int[] suffix = new int[n];
        suffix[n - 1] = Integer.MAX_VALUE;
        for (int i = 1; i < n; i++) {
            prefix[i] = Math.max(prefix[i - 1], nums[i - 1]);
            suffix[n - 1 - i] = Math.min(suffix[n - i], nums[n - i]);
        }
        int res = 0;
        for (int i = 1; i < n - 1; i++) {
            if (nums[i] > prefix[i] && nums[i] < suffix[i]) {
                res += 2;
            } else if (nums[i] > nums[i - 1] && nums[i] < nums[i + 1]) {
                res++;
            }
        }
        return res;
    }

    /**
     * 单调栈
     */
    public int sumOfBeauties(int[] nums) {
        int n = nums.length;
        int[] floor = new int[n];
        int[] ceiling = new int[n];
        Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();
        int res = 0;
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            while (!stack.isEmpty() && nums[stack.peek()] >= nums[i]) {
                floor[stack.pop()] = i;
            }
            stack.push(i);
        }
        while (!stack.isEmpty()) {
            floor[stack.pop()] = n;
        }
        for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {
            while (!stack.isEmpty() && nums[stack.peek()] <= nums[i]) {
                ceiling[stack.pop()] = i;
            }
            stack.push(i);
        }
        while (!stack.isEmpty()) {
            ceiling[stack.pop()] = -1;
        }
        for (int i = 1; i < n - 1; i++) {
            if (floor[i] == n && ceiling[i] == -1) {
                res += 2;
            } else if (floor[i] > i + 1 && ceiling[i] < i - 1) {
                res++;
            }
        }
        return res;
    }

}

性能

2940.找到Alice和Bob可以相遇的建筑

目标

给你一个下标从 0 开始的正整数数组 heights ,其中 heights[i] 表示第 i 栋建筑的高度。

如果一个人在建筑 i ,且存在 i < j 的建筑 j 满足 heights[i] < heights[j] ,那么这个人可以移动到建筑 j 。

给你另外一个数组 queries ,其中 queries[i] = [ai, bi] 。第 i 个查询中,Alice 在建筑 ai ,Bob 在建筑 bi 。

请你能返回一个数组 ans ,其中 ans[i] 是第 i 个查询中,Alice 和 Bob 可以相遇的 最左边的建筑 。如果对于查询 i ,Alice 和 Bob 不能相遇,令 ans[i] 为 -1 。

示例 1:

输入:heights = [6,4,8,5,2,7], queries = [[0,1],[0,3],[2,4],[3,4],[2,2]]
输出:[2,5,-1,5,2]
解释:第一个查询中,Alice 和 Bob 可以移动到建筑 2 ,因为 heights[0] < heights[2] 且 heights[1] < heights[2] 。
第二个查询中,Alice 和 Bob 可以移动到建筑 5 ,因为 heights[0] < heights[5] 且 heights[3] < heights[5] 。
第三个查询中,Alice 无法与 Bob 相遇,因为 Alice 不能移动到任何其他建筑。
第四个查询中,Alice 和 Bob 可以移动到建筑 5 ,因为 heights[3] < heights[5] 且 heights[4] < heights[5] 。
第五个查询中,Alice 和 Bob 已经在同一栋建筑中。
对于 ans[i] != -1 ,ans[i] 是 Alice 和 Bob 可以相遇的建筑中最左边建筑的下标。
对于 ans[i] == -1 ,不存在 Alice 和 Bob 可以相遇的建筑。

示例 2:

输入:heights = [5,3,8,2,6,1,4,6], queries = [[0,7],[3,5],[5,2],[3,0],[1,6]]
输出:[7,6,-1,4,6]
解释:第一个查询中,Alice 可以直接移动到 Bob 的建筑,因为 heights[0] < heights[7] 。
第二个查询中,Alice 和 Bob 可以移动到建筑 6 ,因为 heights[3] < heights[6] 且 heights[5] < heights[6] 。
第三个查询中,Alice 无法与 Bob 相遇,因为 Bob 不能移动到任何其他建筑。
第四个查询中,Alice 和 Bob 可以移动到建筑 4 ,因为 heights[3] < heights[4] 且 heights[0] < heights[4] 。
第五个查询中,Alice 可以直接移动到 Bob 的建筑,因为 heights[1] < heights[6] 。
对于 ans[i] != -1 ,ans[i] 是 Alice 和 Bob 可以相遇的建筑中最左边建筑的下标。
对于 ans[i] == -1 ,不存在 Alice 和 Bob 可以相遇的建筑。

说明:

  • 1 <= heights.length <= 5 * 10^4
  • 1 <= heights[i] <= 10^9
  • 1 <= queries.length <= 5 * 10^4
  • queries[i] = [ai, bi]
  • 0 <= ai, bi <= heights.length - 1

思路

有一个数组 heights 表示建筑的高度,另有一个二维数组,其元素 queries[i] = [ai, bi] 表示 Alice 和 Bob 当前所在建筑的下标,规定可以从左向右移动到比当前建筑高的建筑,求 Alice 和 Bob 可以相遇的建筑下标,如果有多个取最左侧的那个。

这个问题的关键在于求出 [max(ai, bi), n) 范围内,高度大于等于 max(heights[ai], heights[bi]) 的建筑下标最小值。暴力求解会超时,考虑使用单调栈,记录下一个高度大于当前建筑的下标。类似于跳表,从较高的建筑出发,查找第一个下标大于等于max(ai, bi)的建筑即可。它存在的问题是如果(ai, bi)之间有极大值,后面还得遍历查找。最坏的情况下,数据依次递增,而满足条件的值在最后,这时退化为暴力求解。

碰巧过了。// todo 研究一下官网题解

代码

/**
 * @date 2024-08-10 19:56
 */
public class LeftmostBuildingQueries2940 {

    public int[] leftmostBuildingQueries_v1(int[] heights, int[][] queries) {
        int num = heights.length;
        int[] next = new int[num];
        Arrays.fill(next, -1);
        ArrayDeque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();
        // 单调栈
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            while (!stack.isEmpty() && heights[i] > heights[stack.peek()]) {
                next[stack.pop()] = i;
            }
            stack.push(i);
        }
        int n = queries.length;
        int[] res = new int[n];
        Arrays.fill(res, -1);
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            int a = queries[i][0];
            int b = queries[i][1];
            if (a == b) {
                res[i] = a;
                continue;
            } else if (a < b && heights[a] < heights[b]) {
                res[i] = b;
                continue;
            } else if (a > b && heights[a] > heights[b]) {
                res[i] = a;
                continue;
            }
            int leftNext = Math.min(a, b);
            int rightNext = Math.max(a, b);
            if (next[leftNext] > rightNext || next[leftNext] == -1) {
                res[i] = next[leftNext];
                continue;
            }
            int height = Math.max(heights[a], heights[b]);
            while (next[rightNext] != -1) {
                if (heights[next[rightNext]] > height) {
                    res[i] = next[rightNext];
                    break;
                } else {
                    rightNext = next[rightNext];
                }
            }
        }
        return res;
    }
}

性能

503.下一个更大元素II – 单调栈

目标

给定一个循环数组 nums ( nums[nums.length - 1] 的下一个元素是 nums[0] ),返回 nums 中每个元素的 下一个更大元素 。

数字 x 的 下一个更大的元素 是按数组遍历顺序,这个数字之后的第一个比它更大的数,这意味着你应该循环地搜索它的下一个更大的数。如果不存在,则输出 -1 。

示例 1:

输入: nums = [1,2,1]
输出: [2,-1,2]
解释: 第一个 1 的下一个更大的数是 2;
数字 2 找不到下一个更大的数; 
第二个 1 的下一个最大的数需要循环搜索,结果也是 2。

示例 2:

输入: nums = [1,2,3,4,3]
输出: [2,3,4,-1,4]

说明:

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

思路

暴力解法需要针对每一个元素向后搜索,时间复杂度为O(n^2)。这里面有一些重复的操作,例如,数组 [5,4,3,2,1,6] 找下一个更大的元素,从 5 向后搜索 与从 4 向后搜索有重复的部分 3 2 1。单调栈的核是这样处理的,先将第一个元素下标压入栈中,指针移到下一个元素,如果栈顶对应元素大于等于当前元素则将当前元素下标也压入栈中,否则弹栈,记录 res[stack.pop()] = 当前元素,直到栈顶元素大于等于当前元素。

针对这个题目,栈中保存的下标对应的元素值从栈底到栈顶是单调递减的,如果遇到第一个更大元素就弹栈了,因此称为单调栈。

这样做的好处是避免了重复的查找,它将重复搜索的部分使用栈保存了起来,这样就变成了从后向前搜索。如果栈顶元素遇到了第一个更大的元素,那么它也是前面同样小于该值的第一个更大元素,从而避免了重复查找。

这里对循环数组的处理是将原数组拼接到后面,下标进行取模运算。

代码

/**
 * @date 2024-06-24 0:18
 */
public class NextGreaterElements503 {

    public int[] nextGreaterElements_v4(int[] nums) {
        int n = nums.length;
        int[] res = new int[n];
        Arrays.fill(res, -1);
        int[] stack = new int[n];
        int top = -1;
        for (int i = 0; i < 2 * n - 1; i++) {
            int index = i % n;
            while (top > -1 && nums[stack[top]] < nums[index]) {
                res[stack[top--]] = nums[index];
            }
            if (i < n) {
                stack[++top] = index;
            }
        }
        return res;
    }
}

性能