滑動窗口應用題 Minimum Operations to Reduce X to Zero_Leetcode #165

閱讀時間約 4 分鐘
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這題題目在這裡:

題目會給定我們一個陣列,還有一個整數值x

問我們每次從陣列頭部尾部取一個整數,最少需要幾次才能使取出的整數總和為x?


測試範例:

Example 1:

Input: nums = [1,1,4,2,3], x = 5
Output: 2
Explanation: The optimal solution is to remove the last two elements to reduce x to zero.
取最尾巴的32

Example 2:

Input: nums = [5,6,7,8,9], x = 4
Output: -1
無解​

Example 3:

Input: nums = [3,2,20,1,1,3], x = 10
Output: 5
Explanation: The optimal solution is to remove the last three elements and the first two elements (5 operations in total) to reduce x to zero.
取頭部的3, 2
取尾巴的1, 1, 3
最後取出的數字總和為10

演算法:

raw-image

維護一個滑窗,令滑窗的目標值為 sum( nums ) - x = 陣列總和 - x

則 藍色部分(滑窗內的元素和) + 綠色部分(題目原本所求)
= (陣列總和 - x) + x
陣列總和 = sum(nums)

題目所求為 湊到x的最小次數,相當於

Sliding window 內總和為 sum( nums ) - x ,伴隨著最大的滑窗長度

最後, 湊到x的最小次數 = len(nums) - 最大的滑窗長度


程式碼:

class Solution:
 def minOperations(self, nums: List[int], x: int) -> int:
  
  # Min operation to meet x
  # <=> Max operation to meet sum(nums) - x
  target = sum(nums) - x

  if target < 0:
   # Quick response for no solution
   return -1

  # left boundary of sliding window
  left = 0

  # summation of sliding window
  summation = 0

  # max length of sliding window whose sum is equal to ( sum(nums) - x )
  max_len = -1

  # Use sliding window to maximize window length, whose sum is equal to ( sum(nums) - x )
  for right, val in enumerate( nums ):
   
   summation += val

   while summation > target:
    summation -= nums[left]
    left += 1

   if summation == target:
    cur_len = right - left + 1
    max_len = max(max_len, cur_len)

  # We cannot find interval sum = ( sum(nums) - x ), so no solution
  if max_len == -1:
   return max_len

  # Min operation to meet x
  # <=> Max operation to meet sum(nums) - x  
  return len(nums) - max_len

時間複雜度:

O( n ) 成本耗費在滑動窗口 sliding window的拓展

空間複雜度:

O( 1 ) 使用到的都是臨時變數,占用記憶體空間是固定常數級別O( 1 )


Reference:

[1] Minimum Operations to Reduce X to Zero — LeetCode

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由有業界實戰經驗的演算法工程師, 手把手教你建立解題的框架, 一步步寫出高效、清晰易懂的解題答案。 著重在讓讀者啟發思考、理解演算法,熟悉常見的演算法模板。 深入淺出地介紹題目背後所使用的演算法意義,融會貫通演算法與資料結構的應用。 在幾個經典的題目融入一道題目的多種解法,或者同一招解不同的題目,擴展廣度,並加深印象。
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題目會給定一顆二元樹的根結點,要求我們驗證這一顆樹是否為合法的二元搜索樹, 也就是所謂的Binary search tree, aka BST?
題目會給我們一個輸入陣列,長度為n+1。 陣列裡面會有n+1個數字,數字的範圍從1到n 裡面恰好有一個數字重複出現,要求我們找出那個重複的數字。 題目要求只能使用常數空間O(1),並且限制不能修改陣列內容。
題目會給定給我們一顆二元樹的根結點,要求我們輸出Level-order traversal的拜訪結果。 在這題,我們會複習並利用BFS模板,來實現逐層搜索演算法。
其實常見的tree traversal (前序、中序、後序拜訪), 背後的核心觀念都是相同的。 Tree traversal其實就是探索整顆樹的搜索空間,也可以說是探索整顆樹, 只是指定順序略有不同而已。 本文將結合經典的DFS模板,做一個全面性的回顧。
題目會給定一顆樹,要求我們輸出所有從Root node根節點 到 Leaf node 葉子節點的路徑。 我們會介紹DFS模板 + Tree search演算法的框架來解題
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