diff --git "a/Solutions/0862. \345\222\214\350\207\263\345\260\221\344\270\272 K \347\232\204\346\234\200\347\237\255\345\255\220\346\225\260\347\273\204.md" "b/Solutions/0862. \345\222\214\350\207\263\345\260\221\344\270\272 K \347\232\204\346\234\200\347\237\255\345\255\220\346\225\260\347\273\204.md" new file mode 100644 index 00000000..4b154852 --- /dev/null +++ "b/Solutions/0862. \345\222\214\350\207\263\345\260\221\344\270\272 K \347\232\204\346\234\200\347\237\255\345\255\220\346\225\260\347\273\204.md" @@ -0,0 +1,102 @@ +# [0862. 和至少为 K 的最短子数组](https://leetcode.cn/problems/shortest-subarray-with-sum-at-least-k/) + +- 标签:队列、数组、二分查找、前缀和、滑动窗口、单调队列、堆(优先队列) +- 难度:困难 + +## 题目链接 + +- [0862. 和至少为 K 的最短子数组 - 力扣](https://leetcode.cn/problems/shortest-subarray-with-sum-at-least-k/) + +## 题目大意 + +**描述**:给定一个整数数组 $nums$ 和一个整数 $k$。 + +**要求**:找出 $nums$ 中和至少为 $k$ 的最短非空子数组,并返回该子数组的长度。如果不存在这样的子数组,返回 $-1$。 + +**说明**: + +- **子数组**:数组中连续的一部分。 +- $1 \le nums.length \le 10^5$。 +- $-10^5 \le nums[i] \le 10^5$。 +- $1 \le k \le 10^9$。 + +**示例**: + +- 示例 1: + +```python +输入:nums = [1], k = 1 +输出:1 +``` + +- 示例 2: + +```python +输入:nums = [1,2], k = 4 +输出:-1 +``` + +## 解题思路 + +### 思路 1:前缀和 + 单调队列 + +题目要求得到满足和至少为 $k$ 的子数组的最短长度。 + +先来考虑暴力做法。如果使用两重循环分别遍历子数组的开始和结束位置,则可以直接求出所有满足条件的子数组,以及对应长度。但是这种做法的时间复杂度为 $O(n^2)$。我们需要对其进行优化。 + +#### 1. 前缀和优化 + +首先对于子数组和,我们可以使用「前缀和」的方式,方便快速的得到某个子数组的和。 + +对于区间 $[left, right]$,通过 $pre\underline{}sum[right + 1] - prefix\underline{}cnts[left]$ 即可快速求解出区间 $[left, right]$ 的子数组和。 + +此时问题就转变为:是否能找到满足 $i > j$ 且 $pre\underline{}sum[i] - pre\underline{}sum[j] \ge k$ 两个条件的子数组 $[j, i)$?如果能找到,则找出 $i - j$ 差值最小的作为答案。 + +#### 2. 单调队列优化 + +对于区间 $[j, i)$ 来说,我们应该尽可能的减少不成立的区间枚举。 + +1. 对于某个区间 $[j, i)$ 来说,如果 $pre\underline{}sum[i] - pre\underline{}sum[j] \ge k$,那么大于 $i$ 的索引值就不用再进行枚举了,不可能比 $i - j$ 的差值更优了。此时我们应该尽可能的向右移动 $j$,从而使得 $i - j$ 更小。 +2. 对于某个区间 $[j, i)$ 来说,如果 $pre\underline{}sum[j] \ge pre\underline{}sum[i]$,对于任何大于等于 $i$ 的索引值 $r$ 来说,$pre\underline{}sum[r] - pre\underline{}sum[i]$ 一定比 $pre\underline{}sum[i] - pre\underline{}sum[j]$ 更小且长度更小。此时 $pre\underline{}sum[j]$ 可以直接忽略掉。 + +因此,我们可以使用单调队列来保存单调递增的 $pre\underline{}sum[x]$ 值的下标。 + +对于每一个位置 $i$ 我们可以判断其之前存入在单调队列中的 $pre\underline{}sum[j]$ 值,如果 $pre\underline{}sum[i] - pre\underline{}sum[j] \ge k$,则更新答案,并将 $j$ 从队头位置弹出。直到 $pre\underline{}sum[i] - pre\underline{}sum[j] < k$ 时为止。 + +如果队尾 $pre\underline{}sum[j] \ge pre\underline{}sum[i]$,那么 $$ + +使用一重循环遍历 $i$,对于 $pre\underline{}sum[i]$,我们希望使用某个数据结构,能够使得在满足 $pre\underline{}sum[i] - pre\underline{}sum[j] \ge k$ 当前前提下,能够尽可能的向右移动 $j$,从而使得 $i - j$ 最小。 + +### 思路 1:代码 + +```Python +class Solution: + def shortestSubarray(self, nums: List[int], k: int) -> int: + size = len(nums) + + pre_sum = [0 for _ in range(size + 1)] + for i in range(size): + pre_sum[i + 1] = pre_sum[i] + nums[i] + + ans = float('inf') + queue = collections.deque() + + for i in range(size + 1): + # 优化 1 + while queue and pre_sum[i] - pre_sum[queue[0]] >= k: + ans = min(ans, i - queue.popleft()) + # 优化 2 + while queue and pre_sum[queue[-1]] >= pre_sum[i]: + queue.pop() + queue.append(i) + + if ans == float('inf'): + return -1 + return ans +``` + +### 思路 1:复杂度分析 + +- **时间复杂度**:$O(n)$,其中 $n$ 为数组 $nums$ 的长度。 +- **空间复杂度**:$O(n)$。 +