单调栈优化Python代码,O(n)高效解法
2025-10-08 22:54:39
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## 单调栈优化Python代码,O(n)高效解法 **摘要:** 本文深入探讨如何运用单调栈这一精妙的数据结构,对Python代码进行深度优化,将时间复杂度从O(n²)高效降至O(n)。通过生动的代码示例与透彻的步骤解析,我们将详细阐述如何巧妙地利用单调栈,快速定位数组中每个元素右侧首个更大的元素,并将其应用于特定的编码问题,从而实现代码效率的质的飞跃。告别低效循环,拥抱O(n)线性复杂度,让你的Python代码更上一层楼! 掌握单调栈,解锁高效算法新姿势,助力你在算法的道路上披荆斩棘!

代码解释:
- encode_array(a) 函数: 接收一个数字数组 a 作为输入。
- encoded = a[:]: 创建数组 a 的副本,存储编码后的结果。这样做可以避免修改原始数组。
- s = []: 初始化一个空栈 s,用于存储数组元素的索引。
- for i, x in enumerate(a):: 遍历数组 a,i 是索引,x 是元素值。
- while s and x > a[s[-1]]:: 这是一个关键的循环。它检查栈是否为空,以及当前元素 x 是否大于栈顶元素所对应的数组元素 a[s[-1]]。如果满足这两个条件,说明找到了一个比栈顶元素更大的元素。
- encoded[s.pop()] += x: 弹出栈顶元素 s[-1],并将其对应的编码值更新为当前元素 x 与原编码值之和。
- s.append(i): 将当前元素的索引 i 压入栈中,保持栈的单调递减性。
- return encoded: 返回编码后的数组。
算法流程
算法从左到右扫描数组。对于每个元素,它会执行以下操作:
- 如果栈为空,或者当前元素小于等于栈顶元素所对应的数组元素,则将当前元素的索引压入栈中。
- 如果当前元素大于栈顶元素所对应的数组元素,则不断弹出栈顶元素,直到栈为空,或者当前元素小于等于栈顶元素所对应的数组元素。在弹出每个栈顶元素时,将其对应的编码值更新为当前元素与原编码值之和。最后,将当前元素的索引压入栈中。
时间复杂度分析
虽然代码中包含一个 while 循环,但每个元素最多只会被压入栈一次,也最多只会被弹出栈一次。因此,内层 while 循环的总执行次数不会超过 n。所以,整个算法的时间复杂度为 O(n)。
注意事项与总结
- 单调栈是一种强大的数据结构,可以用于解决许多与查找特定元素相关的问题。
- 在使用单调栈时,需要仔细考虑栈中存储的是元素本身还是元素的索引。
- 理解单调栈的单调性是关键,它决定了栈中元素的排列顺序,以及如何利用栈来找到所需的元素。
- 本例展示了如何使用单调栈将时间复杂度从 O(n²) 降低到 O(n),显著提高了代码的效率。
通过本教程,您应该已经掌握了使用单调栈优化Python代码的方法。希望这些知识能够帮助您在实际开发中编写出更高效、更优雅的代码。
到这里,我们也就讲完了《单调栈优化Python代码,O(n)高效解法》的内容了。个人认为,基础知识的学习和巩固,是为了更好的将其运用到项目中,欢迎关注golang学习网公众号,带你了解更多关于的知识点!
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