滑动窗口算法框架与例题实践(C++版)

首先给出算法的框架模板

/* 滑动窗⼝算法框架 */
void slidingWindow(string s, string t) {
	unordered_map<char, int> need, window;
	
	for (char c : t) 
		need[c]++;
		
	int left = 0, right = 0;
	int valid = 0;
	
	while (right < s.size()) {
		// c 是将移⼊窗⼝的字符
		char c = s[right];
		
		// 右移窗⼝
		right++;
		
		// 进⾏窗⼝内数据的⼀系列更新
		待填写代码处...
		
		// 判断左侧窗⼝是否要收缩
		while (valid == need.size()) {
			// d 是将移出窗⼝的字符
			char d = s[left];
			
			// 左移窗⼝
			left++;
			
			// 进⾏窗⼝内数据的⼀系列更新
			待填写代码处...
		}
	}
}

例题实践:

1、leetcode 编号76. 最小覆盖子串

题意:
给你一个字符串 S、一个字符串 T,请在字符串 S 里面找出:包含 T 所有字符的最小子串。

示例:
输入: S = “ADOBECODEBANC”, T = “ABC”
输出: “BANC”

说明:
如果 S 中不存这样的子串,则返回空字符串 “”。
如果 S 中存在这样的子串,我们保证它是唯一的答案。

解题思路:

1、我们在字符串 S 中使⽤双指针中的左右指针技巧,初始化 left = 0,right = 0 ,把索引左闭右开区间 [left, right) 称为⼀个「窗⼝」。

2、我们先不断地增加 right 指针扩⼤窗⼝ [left, right) ,直到窗⼝中的字符串符合要求(包含了 T 中的所有字符)。

3、此时,我们停⽌增加 right ,转⽽不断增加 left 指针缩⼩窗⼝[left, right) ,直到窗⼝中的字符串不再符合要求(不包含 T 中的所有字符了)。同时,每次增加 left ,我们都要更新⼀轮结果。

4、重复第 2 和第 3 步,直到 right 到达字符串 S 的尽头。这个思路其实也不难,第 2 步相当于在寻找⼀个「可⾏解」,然后第 3 步在优化这个「可⾏解」,最终找到最优解,也就是最短的覆盖⼦串。

Ac代码:

string minWindow(string s, string t) {
        unordered_map<int,int> need,window;

        for(int i = 0; i < t.size(); i++)
            need[t[i]]++;
        
        int left = 0, right = 0;
        int start = 0, end = INT_MAX;
        int valid = 0;

        while(right < s.size()) {
            char c = s[right];
            right++;

            //进行窗口的一系列更新
            if(need.count(c)) {
                window[c]++;
                if(need[c] == window[c]) {
                    valid++;
                }
            }
            

            while(valid == need.size()) {
                if(right-left < end) {
                    start = left;
                    end = right-left;
                }

                char d = s[left];
                left++;

                if(need.count(d)) {
                    window[d]--;
                    if(need[d] > window[d]) {
                        valid--;
                    }
                }
            }
        }

        return end == INT_MAX ? "" : s.substr(start,end);
    }


2、LeetCode 编号567. 字符串的排列

题意:
给定两个字符串 s1 和 s2,写一个函数来判断 s2 是否包含 s1 的排列。
换句话说,第一个字符串的排列之一是第二个字符串的子串。

示例1:
输入: s1 = “ab” s2 = “eidbaooo”
输出: True
解释: s2 包含 s1 的排列之一 (“ba”).

示例2:
输入: s1= “ab” s2 = “eidboaoo”
输出: False

AC代码:

bool checkInclusion(string s1, string s2) {
        unordered_map<int,int> need,window;

        for(auto c : s1) {
            need[c]++;
        }

        int left = 0, right = 0;
        int valid = 0;

        while(right < s2.size()) {
            char c = s2[right];
            right++;

            if(need.count(c)) {
                window[c]++;
                if(need[c] == window[c])
                    valid++;
            }

            while(right-left >= s1.size()) {
                if(valid == need.size())
                    return true;
                
                char d = s2[left];
                left++;

                if(need.count(d)) {
                    if(window[d] == need[d])
                        valid--;
                    window[d]--;
                }
            }
        }

        return false;
    }


3、LeetCode 编号438. 找到字符串中所有字母异位词

题意:
给定一个字符串 s 和一个非空字符串 p,找到 s 中所有是 p 的字母异位词的子串,返回这些子串的起始索引。

字符串只包含小写英文字母,并且字符串 s 和 p 的长度都不超过 20100。

说明:
字母异位词指字母相同,但排列不同的字符串。
不考虑答案输出的顺序。

示例 1:

输入:
s: "cbaebabacd" p: "abc"

输出:
[0, 6]

解释:
起始索引等于 0 的子串是 "cba", 它是 "abc" 的字母异位词。
起始索引等于 6 的子串是 "bac", 它是 "abc" 的字母异位词。

示例 2:

输入:
s: "abab" p: "ab"

输出:
[0, 1, 2]

解释:
起始索引等于 0 的子串是 "ab", 它是 "ab" 的字母异位词。
起始索引等于 1 的子串是 "ba", 它是 "ab" 的字母异位词。
起始索引等于 2 的子串是 "ab", 它是 "ab" 的字母异位词。

AC代码:

vector<int> findAnagrams(string s, string p) {
        unordered_map<int,int> need,window;

        for(auto c : p) {
            need[c]++;
        }

        vector<int> res;

        int left = 0, right = 0;
        int valid = 0;

        while(right < s.size()) {
            char c = s[right];
            right++;

            if(need.count(c)) {
                window[c]++;
                if(need[c] == window[c]) 
                    valid++;
            }

            while(right-left >= p.size()) {
                if(valid == need.size())
                    res.push_back(left);
                
                char d = s[left];
                left++;

                if(need.count(d)){   
                    if(window[d] == need[d])
                        valid--;
                    window[d]--;
                }
            }
        }

        return res;
    }

4、LeetCode 编号3. 无重复字符的最长子串

题意:
给定一个字符串,请你找出其中不含有重复字符的 最长子串 的长度。

示例 1:

输入: "abcabcbb"
输出: 3 
解释: 因为无重复字符的最长子串是 "abc",所以其长度为 3

示例 2:

输入: "bbbbb"
输出: 1
解释: 因为无重复字符的最长子串是 "b",所以其长度为 1

示例 3:

输入: "pwwkew"
输出: 3
解释: 因为无重复字符的最长子串是 "wke",所以其长度为 3

请注意,你的答案必须是 子串 的长度,“pwke” 是一个子序列,不是子串。

AC代码:

 int lengthOfLongestSubstring(string s) {
        unordered_map<int,int> window;

        int left = 0, right = 0;
        int res = 0;

        while(right < s.size()) {
            char c = s[right];
            right++;

            window[c]++;

            while(window[c] > 1) {
                char d = s[left];
                left++;
                window[d]--;
            }

            res = max(res,right-left);
        }

        return res;
    }

后面有时间详细说明……

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