【单调栈】【二分查找】LeetCode: 2454.下一个更大元素 IV

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本文涉及的基础知识点

二分查找算法合集
单调栈

题目

给你一个下标从 0 开始的非负整数数组 nums 。对于 nums 中每一个整数，你必须找到对应元素的第二大整数。
如果 nums[j] 满足以下条件，那么我们称它为 nums[i] 的第二大整数：
j > i
nums[j] > nums[i]
恰好存在一个 k 满足 i < k < j 且 nums[k] > nums[i] 。
如果不存在 nums[j] ，那么第二大整数为 -1 。
比方说，数组 [1, 2, 4, 3] 中，1 的第二大整数是 4 ，2 的第二大整数是 3 ，3 和 4 的第二大整数是 -1 。
请你返回一个整数数组 answer ，其中 answer[i]是 nums[i] 的第二大整数。
示例 1：
输入：nums = [2,4,0,9,6]
输出：[9,6,6,-1,-1]
解释：
下标为 0 处：2 的右边，4 是大于 2 的第一个整数，9 是第二个大于 2 的整数。
下标为 1 处：4 的右边，9 是大于 4 的第一个整数，6 是第二个大于 4 的整数。
下标为 2 处：0 的右边，9 是大于 0 的第一个整数，6 是第二个大于 0 的整数。
下标为 3 处：右边不存在大于 9 的整数，所以第二大整数为 -1 。
下标为 4 处：右边不存在大于 6 的整数，所以第二大整数为 -1 。
所以我们返回 [9,6,6,-1,-1] 。
示例 2：
输入：nums = [3,3]
输出：[-1,-1]
解释：
由于每个数右边都没有更大的数，所以我们返回 [-1,-1] 。
参数范围
1 <= nums.length <= 10⁵
0 <= nums[i] <= 10⁹

单调栈找更大的元素，有序映射寻找第二个更大元素

时间复杂度：O(nlogn)。枚举更大（第二个更大）元素，时间复杂度O(n)。有序映射的插入，时间复杂度O(logn)。

变量解释


staNoMax	记录所有没有比它大的元素的元素所有
mValueIndex	mValueIndex，记录所有找到更大的元素，但没找到第二个更大元素的元素所有。键：值；值：索引。

二分查找优化

staNoMax是降序，当新增元素x的时候，所有小于x的元素都会出栈，所以x的前面如果有元素，则一定大于等于x。
由于staNoMax是降序，所以当x2大于等于x时，前面元素也大于x，所以无需继续查找。
** 注意**：
mValueInde先删除，否则增加的元素，马上删除。当前元素成了更大元素和下一个更大元素。

代码

核心代码

class Solution {
public:
vector secondGreaterElement(vector& nums) {
stack staNoMax;
std::multimap<int,int> mValueIndex;
vector vRet(nums.size(), -1);
for (int i = 0; i < nums.size(); i++)
{
while (mValueIndex.size() && (mValueIndex.begin()->first < nums[i]))
{
vRet[mValueIndex.begin()->second] = nums[i];
mValueIndex.erase(mValueIndex.begin());
}
while (staNoMax.size() && (nums[staNoMax.top()] < nums[i]))
{
mValueIndex.emplace(nums[staNoMax.top()],staNoMax.top());
staNoMax.pop();
}
staNoMax.emplace(i);
}
return vRet;
}
};

测试用例

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]);}
}template<class T>
void Assert(const T& t1, const T& t2)
{assert(t1 == t2);
}int main()
{vector<int> nums;{Solution slu;nums = { 2, 4, 0, 9, 6 };auto res = slu.secondGreaterElement(nums);Assert(vector<int>{9, 6, 6, -1, -1}, res);}{Solution slu;nums = { 3,3 };auto res = slu.secondGreaterElement(nums);Assert(vector<int>{ -1, -1}, res);}{Solution slu;nums = { 272, 238, 996, 406, 763, 164, 102, 948, 217 ,760,609,700,848 };auto res = slu.secondGreaterElement(nums);Assert(vector<int>{406, 406, -1, 948, 848, 217, 217, -1, 609, -1, 848, -1, -1}, res);}//CConsole::Out(res);
}

优化

mValueIndex新增元素之前，mValueIndex中的元素一定大于等于nums[i]，否则被删除了。新增加到mValueIndex的元素一定小于nums[i]。故之前增加的元素一定大于本次增加。本次增加的是按升序加的，可以放到缓存中，按反顺序加入。这样：有序映射就优化成了栈。

class Solution {
public:vector<int> secondGreaterElement(vector<int>& nums) {stack<int> staNoMax,staNoMax2;vector<int> vRet(nums.size(), -1);vector<int> vBuf;for (int i = 0; i < nums.size(); i++){while (staNoMax2.size() && (nums[staNoMax2.top()] < nums[i])){vRet[staNoMax2.top()] = nums[i];staNoMax2.pop();}while (staNoMax.size() && (nums[staNoMax.top()] < nums[i])){vBuf.emplace_back(staNoMax.top());staNoMax.pop();}staNoMax.emplace(i);for (auto it = vBuf.rbegin(); it != vBuf.rend(); ++it){staNoMax2.emplace(*it);}vBuf.clear();}return vRet;}
};

2023年3月版二分查找

bool GreaterPairInt(const std::pair<int, int>& p,int iData )
{
return p.first > iData ;
}

class Solution {
public:
vector secondGreaterElement(vector& nums) {
m_c = nums.size();
//vLeftFirstLess[i] i是它的下一个更大数
vector<vector> vLeftFirstLess(m_c);
{
vector<pair<int, int>> vStack;
for (int i = m_c - 1; i >= 0; i–)
{
int iNum = std::lower_bound(vStack.begin(), vStack.end(), nums[i], GreaterPairInt) - vStack.begin();
if (iNum > 0)
{
const int iFristGreaterIndex = vStack[iNum - 1].second;;
vLeftFirstLess[iFristGreaterIndex].push_back(i);
}
while (vStack.size() && (nums[i] >= vStack.back().first))
{
vStack.pop_back();
}
vStack.emplace_back(nums[i], i);
}
}
vector vRet(m_c, -1);
{
vector<pair<int, int>> vStack;
for (int i = m_c - 1; i >= 0; i–)
{
for (auto& it : vLeftFirstLess[i])
{
int iNum = std::lower_bound(vStack.begin(), vStack.end(), nums[it], GreaterPairInt) - vStack.begin();
if (iNum > 0)
{
const int iFristGreaterIndex = vStack[iNum - 1].second;;
vRet[it] = nums[iFristGreaterIndex];
}
}
while (vStack.size() && (nums[i] >= vStack.back().first))
{
vStack.pop_back();
}
vStack.emplace_back(nums[i], i);
}
}
return vRet;
}
int m_c;
};

2023年9月版

class Solution {
public:
vector secondGreaterElement(vector& nums) {
m_c = nums.size();
stack sta;
std::priority_queue<std::pair<int, int>, vector<std::pair<int, int>>, greater<>> minHeap;
vector vRet(m_c, -1);
for (int i = 0; i < m_c; i++)
{
const int& n = nums[i];
while (minHeap.size() && (minHeap.top().first < n))
{
vRet[minHeap.top().second] = n;
minHeap.pop();
}
while (sta.size() && (nums[sta.top()] < n))
{
minHeap.emplace(nums[sta.top()], sta.top());
sta.pop();
}
sta.emplace(i);
}
return vRet;
}
int m_c;
};

扩展阅读

视频课程

有效学习：明确的目标及时的反馈拉伸区（难度合适），可以先学简单的课程，请移步CSDN学院，听白银讲师（也就是鄙人）的讲解。
https://edu.csdn.net/course/detail/38771

如何你想快

速形成战斗了，为老板分忧，请学习C#入职培训、C++入职培训等课程
https://edu.csdn.net/lecturer/6176

我想对大家说的话
闻缺陷则喜是一个美好的愿望，早发现问题，早修改问题，给老板节约钱。
子墨子言之：事无终始，无务多业

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。