单调栈和单调队列入门

单调栈是什么?

分为单调递增和单调递减栈。(栈内元素成递增或者递减性)

例如:
当前单调递增栈内元素[1,2,4],之后入栈的元素为(3),
为了维护单调性，元素(4)出栈

[[1,2,4]-入栈(3) -出栈(4)- [1,2,3]-入栈(0)-出栈(1)(2)(3)-[0] ]

单调递增栈主要作用:

把序列中每个元素放到单调栈中进行维护就可以在(O(n))时间复杂度内
求出区间每个元素为最大值/最小值时,影响的区间范围为[left,right]。

单调递增↗栈求最小值影响范围

单调递减↘栈求最大值影响范围

(例如:序列{1,2,3,2,1})

    1 2 3 2 1
        口
      口口口
    口口口口口
    0 1 2 3 4

用单调递减栈即可求出

最大值	区间[left,right]
1	[0,0]
2	[0,1]
3	[0,4]
2	[3,4]
1	[4,4]

维护单调栈:

这里我们以单调递增栈为例,求最小值影响范围

我们规定将下标(index)压入栈中。为了方便编码,我们在使用单调栈的数组的最后加入-INF(一个极小值),方便后续的出栈。

序列变成 ({1,2,3,2,1,-INF})

i	要入栈的height[i]	栈的变动	变动后的栈
0	1	push(0)	[0]
1	2	push(1)	[0,1]
2	3	push(2)	[0,1,2]
3	2	pop(2),push(3)	[0,1,3]
4	1	pop(3),pop(1),push(4)	[0,4]
5	-INF	pop(0),push(4)	[]

[left,right]中的right:

若元素height[i]从栈中pop出就说明这个元素为最小值的右侧影响范围到此为止。

[left,right]中的left:

因为栈内元素单调递增,栈pop之后，栈顶的元素height[s.top()]不大于pop的元素。所以左侧的影响范围为pop之后栈顶的元素的下标+1，这里需要注意pop之后栈为空的情况，因为pop之后栈为空，说明没有元素是比pop出的这个元素小，那这个pop出的元素影响它左端的所有元素。

//单调递增栈
#include<bits/stdc++.h>
#define INF 0x3f3f3f3f
using namespace std;
typedef long long int LL;
const int MAXN = 1e6 + 1;
LL height[MAXN];
int N;

void solve(){
	height[N] = -INF;
	stack<int> s;
	for(int i=0;i<=N;i++){
		while(!s.empty() && height[s.top()] > height[i]){
			int cur = s.top();
			s.pop();
			int _left = s.empty()?0:s.top()+1;
			int _right = i-1;
			cout << height[cur] << " " << _left << " " << _right << endl;
		}
		s.push(i);
	}
}

int main() {
	cin >> N;
	for(int i=0;i<N;i++) cin >> height[i];
	solve();
	return 0;
}

//单调递减栈
#include<bits/stdc++.h>
#define INF 0x3f3f3f3f
using namespace std;
typedef long long int LL;
const int MAXN = 1e6 + 1;
LL height[MAXN];
int N;

void solve(){
	height[N] = INF;
	stack<int> s;
	for(int i=0;i<=N;i++){
		while(!s.empty() && height[s.top()] < height[i]){
			int cur = s.top();
			s.pop();
			int _left = s.empty()?0:s.top()+1;
			int _right = i-1;
			cout << height[cur] << " " << _left << " " << _right << endl;
		}
		s.push(i);
	}
}

int main() {
	cin >> N;
	for(int i=0;i<N;i++) cin >> height[i];
	solve();
	return 0;
}

单调栈模板

void solve(){
    //单调递增栈 -INF,递减 INF
	height[N] = -INF;
	stack<int> s;
	for(int i=0;i<=N;i++){
        //单调递增栈 >,递减 <,等号看题目
		while(!s.empty() && height[s.top()] > height[i]){
			int cur = s.top();
			s.pop();
			int _left = s.empty()?0:s.top()+1;
			int _right = i-1;
			cout << height[cur] << " " << _left << " " << _right << endl;
		}
		s.push(i);
	}
}

单调队列

引入双端队列的概念。
元素可以从队列的头部和尾部进行插入和删除。

那么单调队列和单调栈的区别在于栈与双端队列的区别，在原有单调栈的基础上，你可以修改和获取到栈底的元素，这就导致了你可以对最值影响区间[Left,Right]中的Left进行控制,并且可以直接获得这个区间最值是多少。(原本因为栈顶元素未知，所以无法获取),也就是说可以 在(O(n))求整个序列中,区间长度为k的区间最值

//输出区间[left,right],长度为m的最小值.
inline void solve(){
	deque<int> q;
	for(int i=0;i<n;i++) {
		//单调递增栈 >,递减 <
		while(!q.empty()&&height[q.back()]>height[i]) q.pop_back();
                //以下根据题意进行更改
		printf(i>0?"0
":"%d
",height[q.front()]);
		q.push_back(i);
		if(i-q.front()>=m) q.pop_front();//限制区间长度为m
	}
	putchar('
');
}

题目

P1886 滑动窗口

P1440 求m区间内最小值