【滑动窗口】【二分查找】C++算法：和至少为 K 的最短子数组

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本题涉及知识点

滑动窗口 有序向量 二分查找

LeetCode862:和至少为 K 的最短子数组

给你一个整数数组 nums 和一个整数 k ，找出 nums 中和至少为 k 的 最短非空子数组 ，并返回该子数组的长度。如果不存在这样的 子数组 ，返回 -1 。子数组 是数组中 连续 的一部分。
示例 1：
输入：nums = [1], k = 1
输出：1
示例 2：
输入：nums = [1,2], k = 4
输出：-1
示例 3：
输入：nums = [2,-1,2], k = 3
输出：3
提示：
1 <= nums.length <= 10⁵
-10⁵ <= nums[i] <= 10⁵
1 <= k <= 10⁹

滑动窗口

时间复杂度O(nlogn)。枚举子数组的结尾时间复杂度O(n)，计算最佳开始时间复杂度O(logn)。
vPreSum是前缀和。
nums[l,r]的和为vPreSum[r+1]-vPreSum[l] >= k ==>> vPreSum[r+1] - k >= vPreSum[l]
l取值范围：[0,r]。
最短子数组，也就是l最大。也就是满足 vPreSum[l] <= vPreSum[r+1] - k的最大l。
如果l1 < l2 ，且vPreSum[l1] >= vPreSum[l2] ,则l1被淘汰，l2 被淘汰后 vPreSum成升序。我寻找最后一个小于等于vPreSum[r+1] - k的索引。 用std::upper_bound 。

代码

核心代码

//默认升序

template<class T = long long,bool bAsc= true >
class COrderValueIndexVector
{
public:
	COrderValueIndexVector(const vector<T>& vValue):m_vValue(vValue)
	{

	}
	void AddIndex(int index)
	{
		if (bAsc)
		{
			Add<std::less_equal<T>>(index);
		}
		else
		{
			assert(false);
		}
	}	
	//升序：最后一个小于等于的索引 
	int PreUpperBoundIndex(T value)
	{
		const int inx = std::upper_bound(m_vOrderValue.begin(), m_vOrderValue.end(), value) - m_vOrderValue.begin();
		if (inx > 0)
		{
			return m_vInx[inx - 1];
		}
		return -1;
	}
protected:	
	template<class _PR>
	void Add(int index)
	{
		//nums[l,r]的和为vPreSum[r+1]-vPreSum[l] >= k =>vPreSum[r+1] - k >= vPreSum[l]
		while (m_vOrderValue.size() && _PR()(m_vValue[index], m_vOrderValue.back()))
		{
			m_vInx.pop_back();
			m_vOrderValue.pop_back();
		}
		m_vInx.emplace_back(index);
		m_vOrderValue.emplace_back(m_vValue[index]);
	}
	vector<int> m_vInx;
	vector<T> m_vOrderValue;
	const vector<T>& m_vValue;
};
class Solution {
public:
	int shortestSubarray(vector<int>& nums, int k) {
		vector<long long> vPreSum = { 0 };
		for (const auto& n : nums)
		{
			vPreSum.emplace_back(n + vPreSum.back());
		}
		COrderValueIndexVector ov(vPreSum);
		int iRet = INT_MAX;
		for (int r = 0; r < nums.size(); r++)
		{
			//nums[l,r]的和为vPreSum[r+1]-vPreSum[l] >= k =>vPreSum[r+1] - k >= vPreSum[l]
			ov.AddIndex(r);
			const int left = ov.PreUpperBoundIndex(vPreSum[r + 1] - k);
			if (left >= 0 )
			{
				iRet = min(iRet, r - left + 1);
			}			
		}
		return (INT_MAX == iRet) ? -1 : iRet;
	}
};

测试用例

template<class T>
void Assert(const T& t1, const T& t2)
{
	assert(t1 == t2);
}

template<class T>
void Assert(const vector<T>& v1, const vector<T>& v2)
{
	if (v1.size() != v2.size())
	{
		assert(false);
		return;
	}
	for (int i = 0; i < v1.size(); i++)
	{
		Assert(v1[i], v2[i]);
	}
}


int main()
{
	vector<int> nums;
	int k;
	{
		Solution sln;
		nums = { 1 }, k = 1;
		auto res = sln.shortestSubarray(nums, k);
		Assert(1, res);
	}
	{
		Solution sln;
		nums = { 1,2 }, k = 4;
		auto res = sln.shortestSubarray(nums, k);
		Assert(-1, res);
	}
	{
		Solution sln;
		nums = { 2,-1,2 }, k = 3;
		auto res = sln.shortestSubarray(nums, k);
		Assert(3, res);
	}

	

	

//CConsole::Out(res);
}

扩展阅读

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子墨子言之：事无终始，无务多业。也就是我们常说的专业的人做专业的事。
如果程序是一条龙，那算法就是他的是睛

测试环境

操作系统：win7 开发环境： VS2019 C++17
或者 操作系统：win10 开发环境： VS2022 C++17
如无特殊说明，本算法用C++ 实现。