LeetCode-面试题57 - II. 和为s的连续正数序列——滑动窗口

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滑动窗口的重要性质是:窗口的左边界和右边界永远只能向右移动,而不能向左移动。这是为了保证滑动窗口的时间复杂度是 O(n)O(n)。如果左右边界向左移动的话,这叫做“回溯”,算法的时间复杂度就可能不止 O(n)O(n)。

在这道题中,我们关注的是滑动窗口中所有数的和。当滑动窗口的右边界向右移动时,也就是 j = j + 1 ,窗口中多了一个数字 j,窗口的和也就要加上 j。当滑动窗口的左边界向右移动时,也就是 i = i + 1,窗口中少了一个数字 i,窗口的和也就要减去 i。滑动窗口只有 右边界向右移动(扩大窗口)左边界向右移动(缩小窗口) 两个操作,所以实际上非常简单。

如何用滑动窗口解这道题

要用滑动窗口解这道题,我们要回答两个问题:

  • 第一个问题,窗口何时扩大,何时缩小?
  • 第二个问题,滑动窗口能找到全部的解吗?

对于第一个问题,回答非常简单:

  • 当窗口的和小于 target 的时候,窗口的和需要增加,所以要扩大窗口,窗口的右边界向右移动
  • 当窗口的和大于 target 的时候,窗口的和需要减少,所以要缩小窗口,窗口的左边界向右移动
  • 当窗口的和恰好等于 target 的时候,我们需要记录此时的结果。设此时的窗口为 [i, j)[i,j),那么我们已经找到了一个 ii
    开头的序列,也是唯一一个 ii 开头的序列,接下来需要找 i+1i+1 开头的序列,所以窗口的左边界要向右移动

对于第二个问题,我们可以稍微简单地证明一下:
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我们一开始要找的是 1 开头的序列,只要窗口的和小于 target,窗口的右边界会一直向右移动。假设 1+2+\dots+81+2+⋯+8 小于 target,再加上一个 9 之后, 发现 1+2+\dots+8+91+2+⋯+8+9 又大于 target了。这说明 1 开头的序列找不到解。此时滑动窗口的最右元素是 9。

接下来,我们需要找 2 开头的序列,我们发现,2 + \dots + 8 < 1 + 2 + \dots + 8 < \mathrm{target}2+⋯+8<1+2+⋯+8<target。这说明 2 开头的序列至少要加到 9。那么,我们只需要把原先 1~9 的滑动窗口的左边界向右移动,变成 2~9 的滑动窗口,然后继续寻找。而右边界完全不需要向左移动。

以此类推,滑动窗口的左右边界都不需要向左移动,所以这道题用滑动窗口一定可以得到所有的解。时间复杂度是 O(n)O(n)。

注:这道题当前可以用等差数列的求和公式来计算滑动窗口的和。不过我这里没有使用求和公式,是为了展示更通用的解题思路。实际上,把题目中的正整数序列换成任意的递增整数序列,这个方法都可以解。

class Solution {
    public int[][] findContinuousSequence(int target) {
    int i = 1; // 滑动窗口的左边界
    int j = 1; // 滑动窗口的右边界
    int sum = 0; // 滑动窗口中数字的和
    List<int[]> res = new ArrayList<>();

    while (i <= target / 2) {
        if (sum < target) {
            // 右边界向右移动
            sum += j;
            j++;
        } else if (sum > target) {
            // 左边界向右移动
            sum -= i;
            i++;
        } else {
            // 记录结果
            int[] arr = new int[j-i];
            for (int k = i; k < j; k++) {
                arr[k-i] = k;
            }
            res.add(arr);
            // 左边界向右移动
            sum -= i;
            i++;
            }
        }

        return res.toArray(new int[res.size()][]);
    }

}

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作者:nettee
来源:力扣(LeetCode)

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