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💣 拆炸弹：滑动窗口的巧妙应用

拆炸弹

题目描述：

给定一个循环数组 code 和一个整数 k，你需要根据 k 的值来修改 code 数组：

• 如果 k > 0，将 code[i] 替换为 后 k 个数 的和。
• 如果 k < 0，将 code[i] 替换为 前 k 个数 的和。
• 如果 k = 0，将 code[i] 替换为 0。

题目图片：

思路分析：

这道题的核心在于如何高效地计算 code[i] 对应的替换值。直接暴力求解会导致大量重复计算。观察到，我们可以利用 滑动窗口 的思想，维护一个大小为 k 的窗口，计算窗口内元素的和，从而避免重复计算。

解题过程：

1. 特殊情况处理： 当 k = 0 时，直接返回一个全为 0 的新数组。

2. 处理负数 k： 为了统一处理逻辑，当 k 为负数时，我们将 code 数组 倒置，并将 k 取绝对值。这样，负数 k 的问题就转化为了正数 k 的问题。

3. 初始化滑动窗口： 计算初始窗口的和 sum，即 code 数组前 a 个元素的和（a 为 k 的绝对值）。

4. 滑动窗口：

   • 维护一个左边界 left 和右边界 right，初始时 left = 1，right = a + 1。
   • 每次迭代，将窗口向右移动一位：
     • 由于 code 是循环数组，当 right 超出数组范围时，将其置为 0。
     • 更新窗口的和 sum：sum = sum - code[left] + code[right]。
     • 更新 ret[left] 的值为 sum。
     • left 和 right 分别加 1。

5. 处理负数 k 的结果： 如果 k 为负数，在返回结果前，需要将 ret 数组 倒置。

复杂度分析：

• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是 code 数组的长度。
• 空间复杂度：O(n)，用于存储结果数组 ret。

代码实现（Java）：

class Solution {public int[] decrypt(int[] code, int k) {int n = code.length;int[] ret = new int[n];if (k == 0) {return ret;}int a = k;if (a < 0) {a = -a;reverse(code);}for (int i = 1; i <= a; i++) {ret[0] += code[i];}int sum = ret[0];for (int left = 1, right = a + 1; left < n; right++) {if (right > n - 1) {right = 0;}sum = sum - code[left] + code[right];ret[left] = sum;left++;}if (k < 0) {reverse(ret);}return ret;}private void reverse(int[] code) {int l = 0, r = code.length - 1;while (l < r) {int tmp = code[l];code[l] = code[r];code[r] = tmp;l++;r--;}}
}

🔤 无重复字符的最长子串：滑动窗口的经典应用

3. 无重复字符的最长子串

题目描述：

给定一个字符串 s，请你找出其中不含有重复字符的 最长子串 的长度。

题目图片：

思路分析：

这道题同样可以使用 滑动窗口 来解决。我们维护一个窗口，窗口内的字符都是不重复的。当遇到重复字符时，我们需要移动窗口的左边界，直到窗口内没有重复字符为止。

解题过程：

1. 使用哈希表记录字符出现次数： 由于字符串 s 由英文字母、数字、符号和空格组成，我们可以使用一个长度为 128 的数组 map 来记录每个字符出现的次数。

2. 滑动窗口：

   • 维护一个左边界 left 和右边界 right，初始时都为 0。
   • 每次迭代，将右边界 right 向右移动一位：
     • 将 s[right] 对应的字符在 map 中的值加 1。
     • 如果 map[s[right]] > 1，说明出现了重复字符，需要移动左边界：
       • 不断将 s[left] 对应的字符在 map 中的值减 1，并将 left 加 1，直到 map[s[right]] <= 1 为止。
     • 更新最长无重复子串的长度 ret：ret = Math.max(ret, right - left + 1)。

复杂度分析：

• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是字符串 s 的长度。
• 空间复杂度：O(1)，map 数组的长度是固定的。

代码实现（Java）：

class Solution {public int lengthOfLongestSubstring(String ss) {char[] s = ss.toCharArray();int ret = 0, n = s.length;int[] map = new int[128];for (int left = 0, right = 0; right < n; right++) {char in = s[right];map[in]++;while (map[in] > 1) {map[s[left]]--;left++;}// 窗口合法，更新结果ret = Math.max(ret, right - left + 1);}return ret;}
}

➕ 最大子数组和：Kadane 算法的魅力

53. 最大子数组和

题目描述：

给你一个整数数组 nums ，请你找出一个具有最大和的连续子数组（子数组最少包含一个元素），返回其最大和。

题目图片：

思路分析：

这道题可以使用 Kadane 算法 来解决。Kadane 算法是一种动态规划算法，它的核心思想是：

• 维护两个变量：curMax（当前结束位置的最大子数组和）和 globalMax（全局最大子数组和）。
• 对于每个元素，我们有两种选择：
  1. 以当前元素作为新子数组的起点： 如果 nums[i] 比 curMax + nums[i] 大，说明从当前元素开始新的子数组会得到更大的和。
  2. 将当前元素加入之前的子数组： 否则，将当前元素加入之前的子数组。

复杂度分析：

• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是数组 nums 的长度。
• 空间复杂度：O(1)。

代码实现（Java）：

class Solution {public int maxSubArray(int[] nums) {int curMax = nums[0]; // 当前最大值int globalMax = nums[0]; // 全局最大值for (int i = 1; i < nums.length; i++) {// 对于每一个元素，要么新开一个子区间，要么加入已有的子区间curMax = Math.max(nums[i], curMax + nums[i]);// 更新全局最大值globalMax = Math.max(globalMax, curMax);}return globalMax;}
}

总结

今天的算法练习就到这里了。我们学习了如何使用 滑动窗口 解决 “拆炸弹” 和 “无重复字符的最长子串” 问题，以及如何使用 Kadane 算法 解决 “最大子数组和” 问题。希望大家有所收获！💪