leetcode209:长度最小的子数组

server/2024/10/21 10:20:22/

给定一个含有 n 个正整数的数组和一个正整数 target 。

找出该数组中满足其总和大于等于 target 的长度最小的 

子数组

 [numsl, numsl+1, ..., numsr-1, numsr] ,并返回其长度如果不存在符合条件的子数组,返回 0 。

示例 1:

输入:target = 7, nums = [2,3,1,2,4,3]
输出:2
解释:子数组 [4,3] 是该条件下的长度最小的子数组。

示例 2:

输入:target = 4, nums = [1,4,4]
输出:1

示例 3:

输入:target = 11, nums = [1,1,1,1,1,1,1,1]
输出:0

提示:

  • 1 <= target <= 109
  • 1 <= nums.length <= 105
  • 1 <= nums[i] <= 105

进阶:

  • 如果你已经实现 O(n) 时间复杂度的解法, 请尝试设计一个 O(n log(n)) 时间复杂度的解法。

步骤 1:问题定义和条件分析

问题性质:
我们需要从一个包含 n 个正整数的数组 nums 中,找到一个最短的子数组,其元素的和至少为 target。然后返回该子数组的长度。如果不存在符合条件的子数组,返回 0

输入条件:

  • target 为正整数(1 <= target <= 10^9)。
  • nums 数组的长度为 1 <= nums.length <= 10^5
  • nums 中每个元素为正整数(1 <= nums[i] <= 10^5)。

输出条件:

  • 满足和大于等于 target 的最短子数组长度,若无符合条件的子数组,返回 0

潜在边界条件:

  • nums 的元素总和小于 target,则直接返回 0
  • 若数组只有一个元素,则只需判断其是否大于等于 target

步骤 2:解题思路

对于这个问题,以下算法设计是合适的:

滑动窗口法(双指针法):时间复杂度 O(n)

滑动窗口法适合处理这样的问题,因为它允许我们在遍历数组的过程中,动态地调整窗口范围,找到满足条件的最小子数组。

  • 逻辑
    • 设定两个指针 leftright,初始化 leftright 均为 0
    • right 指针向右移动(扩大窗口)来增加当前子数组的和,当子数组和满足 >= target 时,更新最小长度。
    • 然后移动 left 指针(缩小窗口)以寻找更小的满足条件的子数组。
  • 步骤
    1. 初始化 min_length 为无穷大(表示未找到)。
    2. 使用 right 指针遍历数组,逐步累加 nums[right]
    3. 当当前窗口和 sum >= target 时,尝试缩小窗口,更新 min_length
    4. 继续移动 right,直到遍历完所有元素。
    5. 最终如果 min_length 未更新,返回 0,否则返回 min_length

这种方法能在 O(n) 时间内完成,因为每个指针最多只移动 n 次。


步骤 3:代码实现

代码说明

  1. 初始化 min_lengthINT_MAX,表示初始状态下未找到符合条件的子数组。
  2. right 指针遍历 nums,累加当前窗口的和 sum
  3. sum >= target 时,尝试通过增加 left 指针来缩小窗口,并更新 min_length
  4. 若遍历结束后 min_length 仍为 INT_MAX,则返回 0,否则返回 min_length

步骤 4:启发和优化思考

这个问题可以帮助我们认识到滑动窗口法的优势,尤其在处理连续子数组问题时,它能以 O(n) 的效率解决问题。通过利用窗口动态调整范围,我们可以避免暴力法中无效的重复计算。

优化思考

滑动窗口法已经是此问题的最优解,在 O(n) 的复杂度下完成。若进一步需要优化,可以考虑将计算逻辑与窗口缩小逻辑封装成函数,以提高代码的模块化和可读性。


步骤 5:实际应用示例

滑动窗口算法在实际中有很多应用场景,特别是在实时监控和数据流分析中。例如:

示例:网络数据包监控

在网络流量监控中,滑动窗口技术常用于检测异常流量。假设我们需要检测每分钟流量是否超过某个阈值(如 target)。可以使用滑动窗口算法在每秒更新网络流量,并找到超过流量阈值的最小时间窗口,从而及时预警潜在的网络攻击或异常流量。

实现方法
  1. 每秒记录当前流量,将数据记录在数组 nums 中。
  2. 设定 target 为异常流量阈值,用滑动窗口法实时检测是否存在总流量超过 target 的最短时间段。
  3. 若超过,则记录异常,触发告警。

这种方法应用滑动窗口算法可以显著减少数据存储和计算量,实现高效的实时监控和异常检测。


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