leetcode 3013. 将数组分成最小总代价的子数组 II【滑动窗口+multiset】

发布时间:2024年01月24日

原题链接:

??????3013. 将数组分成最小总代价的子数组 II

题目描述:

给你一个下标从?0?开始长度为?n?的整数数组?nums?和两个??整数?k?和?dist?。

一个数组的?代价?是数组中的?第一个?元素。比方说,[1,2,3]?的代价为?1?,[3,4,1]?的代价为?3?。

你需要将?nums?分割成?k?个?连续且互不相交?的子数组,满足?第二?个子数组与第?k?个子数组中第一个元素的下标距离?不超过?dist?。换句话说,如果你将?nums?分割成子数组?nums[0..(i1 - 1)], nums[i1..(i2 - 1)], ..., nums[ik-1..(n - 1)]?,那么它需要满足?ik-1 - i1 <= dist?。

请你返回这些子数组的?最小?总代价。

输入输出:

示例 1:

输入:nums = [1,3,2,6,4,2], k = 3, dist = 3
输出:5
解释:将数组分割成 3 个子数组的最优方案是:[1,3] ,[2,6,4] 和 [2] 。这是一个合法分割,因为 ik-1 - i1 等于 5 - 2 = 3 ,等于 dist 。总代价为 nums[0] + nums[2] + nums[5] ,也就是 1 + 2 + 2 = 5 。
5 是分割成 3 个子数组的最小总代价。

示例 2:

输入:nums = [10,1,2,2,2,1], k = 4, dist = 3
输出:15
解释:将数组分割成 4 个子数组的最优方案是:[10] ,[1] ,[2] 和 [2,2,1] 。这是一个合法分割,因为 ik-1 - i1 等于 3 - 1 = 2 ,小于 dist 。总代价为 nums[0] + nums[1] + nums[2] + nums[3] ,也就是 10 + 1 + 2 + 2 = 15 。
分割 [10] ,[1] ,[2,2,2] 和 [1] 不是一个合法分割,因为 ik-1 和 i1 的差为 5 - 1 = 4 ,大于 dist 。
15 是分割成 4 个子数组的最小总代价。

示例 3:

输入:nums = [10,8,18,9], k = 3, dist = 1
输出:36
解释:将数组分割成 4 个子数组的最优方案是:[10] ,[8] 和 [18,9] 。这是一个合法分割,因为 ik-1 - i1 等于 2 - 1 = 1 ,等于 dist 。总代价为 nums[0] + nums[1] + nums[2] ,也就是 10 + 8 + 18 = 36 。
分割 [10] ,[8,18] 和 [9] 不是一个合法分割,因为 ik-1 和 i1 的差为 3 - 1 = 2 ,大于 dist 。
36 是分割成 3 个子数组的最小总代价。

提示:

  • 3 <= n <= 1e5
  • 1 <= nums[i] <= 1e9
  • 3 <= k <= n
  • k - 2 <= dist <= n - 2

解题思路:

题目要求将这个数组分为连续的k段,每段的贡献都是该段的第一个数,怎么分割能让k段的贡献之和最小,首先第一段的第一个数肯定是数组的第一个数,然后剩下的还有k-1段,要求第二段和最后一段的首元素位置之差小于等于dist,实际上就可以将原题目转换为在一个大小为dist+1的子数组中选择k-1个数使得这k-1个数的和最小,我们需要做的就是动态维护一个大小为dist+1的区间,然后从左往右滑动,实际上就是采用滑动窗口算法来依次遍历每一个区间,然后还需要做的就是对于每个区间怎么维护其中k-1个最小数的和,也就是窗口移动的同时需要维护窗口内k-1个最小的数的和,对于区间内k-1个最小的数我们可以采用multiset进行为维护,multiset是一个可以包含重复元素的有序集合,刚好这里我们需要维护的k-1个最小的数并且有重复元素,所以使用multiset维护是刚好可以的。

使用multiset具体维护过程如下

我们定义俩个multiset,分别为L和R,L用来维护大小为dist+1的区间内最小的k-1个数,R用来维护剩下的数。

首先将从第二个元素开始的dist+1个元素加入L,然后L就会将这dist+1个元素排序,然后我们就可以将最小的k-1个元素留在L中,剩下的移到R里面。

上面只是最开始的那个区间,然后每次左窗口向右移动一个位置,删除左窗口处的元素,如果左窗口处的元素位于L,那么就在L中删除,否则说明在R中,那么在R中删除,然后右窗口向右移动一个位置,判断这个新元素是否小于L中最大值,如果小于说明当前元素应该加入L,否则说明应该加入R,左右窗口每移动之后,还需要维护一下L的大小为k-1,然后更新答案。

时间复杂度:滑动窗口时间为O(n),然后每次multiset都要find查找元素,那么查找为log的时间,multiset大小最大为dist,那么最终时间复杂度为O(nlog(dist)).

空间复杂度:multiset大小为dist,所以空间复杂度为O(dist).

cpp代码如下

class Solution {
    typedef long long LL;
public:
    long long minimumCost(vector<int>& nums, int k, int dist) {
        k--;   //首先将k--,那么下面就变为在dist+1个元素中选择k个最小的元素了
        int n=nums.size();
        LL sum=0;
        for(int i=0;i<dist+2;i++)sum+=nums[i];   //sum维护L中所有元素的和
        multiset<int>L(nums.begin()+1,nums.begin()+dist+2),R;
        auto LtoR=[&](){  //将L中的最大值移动R中
            int x=*L.rbegin();
            sum-=x;  //如果将L中的元素移出去了,那么sum要减去相应值
            L.erase(L.find(x));
            R.insert(x);
        };

        auto RtoL=[&](){  //将R中的最小值移动L中
            int x=*R.begin();
            sum+=x; //如果将某个值移入L,那么sum要加上相应值
            R.erase(R.find(x));
            L.insert(x);
        };
        //开始将dist+1个元素全部加入L了,但是L中只能留下最小的k个元素,剩下的移到R里面去
        while(L.size()>k){   
            LtoR();
        }

        LL ans=sum;
        for(int i=dist+2;i<n;i++)
        {
            //移动左窗口
            int out=nums[i-dist-1];
            auto it=L.find(out);
            if(it!=L.end()){  //要删除的元素在L中
                L.erase(it);
                sum-=out;
            }else {   //要删除的元素在R中
                R.erase(R.find(out));
            }

            //移动右窗口
            int in=nums[i];
            if(in<*L.rbegin()){  //新加入的元素应该放在L中
                L.insert(in);
                sum+=in;
            }else {   //新加入的元素应该放在R中
                R.insert(in);
            }

            //每移动左右窗口一次,L大小可能为k-1,k,k+1,需要维护L的大小为k
            if(L.size()==k-1){
                RtoL();
            }else if(L.size()==k+1){
                LtoR();
            }
            //对于每个大小为dist+1的子数组更新答案
            ans=min(ans,sum);
        }
        return ans;
    }
};
文章来源:https://blog.csdn.net/lianxuhanshu_/article/details/135814851
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