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Go语言滑动窗口最大值的实现示例

作者:程序员爱钓鱼

本文主要介绍了Go语言滑动窗口最大值的实现示例,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧

在高性能计算、数据分析、监控系统等应用中,实时处理数据流是一项基础能力。其中一个典型的需求是:在一个不断移动的区间(窗口)内,快速求出当前区间的最大值。这就是我们今天要实现的算法——滑动窗口最大值(Sliding Window Maximum)

一、问题描述与示例

给定一个整数数组 nums 和一个整数 k(窗口大小),我们需要输出一个数组,表示从左到右依次滑动窗口后,每个窗口中的最大值。

示例

输入:
nums = [1,3,-1,-3,5,3,6,7], k = 3

输出:
[3,3,5,5,6,7]

解释:

二、常见解法分析

1. 暴力解法(Brute Force)

最直观的方式是:每次滑动窗口后,遍历窗口中所有元素,找最大值。

func MaxSlidingWindowBrute(nums []int, k int) []int {
    var result []int
    for i := 0; i <= len(nums)-k; i++ {
        maxVal := nums[i]
        for j := i; j < i+k; j++ {
            if nums[j] > maxVal {
                maxVal = nums[j]
            }
        }
        result = append(result, maxVal)
    }
    return result
}

复杂度分析:

当 n 较大、k 较大时,这种方法性能较差。例如 n=10^5, k=500 时,暴力解法会非常慢。

2. 优化解法:单调队列(Monotonic Queue)

为了提升效率,我们可以使用双端队列(Deque)实现一个单调递减队列

核心思想

这种方式保证了每个元素最多进出队列一次,整体时间复杂度为 O(n)。

三、Go语言代码实现(单调队列法)

package main

import (
    "fmt"
)

// MaxSlidingWindow 求解滑动窗口最大值
func MaxSlidingWindow(nums []int, k int) []int {
    if len(nums) == 0 || k == 0 {
        return []int{}
    }

    var result []int
    deque := []int{} // 存储下标

    for i, v := range nums {
        // 1. 移除队尾比当前元素小的下标
        for len(deque) > 0 && nums[deque[len(deque)-1]] < v {
            deque = deque[:len(deque)-1]
        }
        // 2. 添加当前元素下标
        deque = append(deque, i)

        // 3. 移除超出窗口范围的队首下标
        if deque[0] <= i-k {
            deque = deque[1:]
        }

        // 4. 当窗口形成后,将队首对应的值加入结果
        if i >= k-1 {
            result = append(result, nums[deque[0]])
        }
    }

    return result
}

func main() {
    nums := []int{1, 3, -1, -3, 5, 3, 6, 7}
    k := 3
    fmt.Println(MaxSlidingWindow(nums, k)) // [3 3 5 5 6 7]
}

四、关键步骤详解

五、复杂度分析

六、工程应用场景

七、常见变种

八、测试与验证

我们可以编写单元测试:

func TestMaxSlidingWindow(t *testing.T) {
    tests := []struct {
        nums []int
        k    int
        want []int
    }{
        {[]int{1,3,-1,-3,5,3,6,7}, 3, []int{3,3,5,5,6,7}},
        {[]int{9,10,9,-7,-4,-8,2,-6}, 5, []int{10,10,9,2}},
    }

    for _, tt := range tests {
        got := MaxSlidingWindow(tt.nums, tt.k)
        if !reflect.DeepEqual(got, tt.want) {
            t.Errorf("nums=%v k=%d got=%v want=%v", tt.nums, tt.k, got, tt.want)
        }
    }
}

九、总结

 到此这篇关于Go语言滑动窗口最大值的实现示例的文章就介绍到这了,更多相关Go语言滑动窗口最大值内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

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