Java 怎么实现滑动窗口

Java 实现滑动窗口的核心思想在于维护一个有界的窗口，用以在一维数组或字符串中连续或滑动地收集、处理元素。使用滑动窗口技巧，可以有效解决一系列数组或字符串的子元素问题，如计算最大或最小值、查找满足特定条件的子集等。具体实现时，通常利用双指针（一前一后两个索引）来标记窗口的界限、数据结构（如队列、双端队列等）来存储窗口内的元素、以及适时地更新窗口的状态以适应问题需求。

在众多滑动窗口的应用中，一个经典的例子是寻找数组或字符串中的最大或最小的k个元素的范围、计算满足特定条件的最大窗口大小等问题。为了具体说明，以下是对使用双指针这一关键点的展开描述：

双指针技巧是实现滑动窗口的核心所在，其中左指针（left）用于表示窗口的起始位置，而右指针（right）则表示窗口的结束位置。在滑动窗口的操作过程中，右指针不断向右移动以扩展窗口，直到窗口内的条件满足题目要求。一旦条件被破坏或需要收缩窗口以寻找更优解时，左指针随之向右移动。这两个指针的配合使用，使得我们能够灵活控制窗口大小，同时高效地遍历数据，达到优化时间复杂度的目的。

一、理解滑动窗口

滑动窗口技术是一种用于解决数组或字符串相关问题的有效算法思想。其核心在于创建一个窗口，这个窗口在数据结构上滑动，可以是扩张也可以是收缩，从而高效地解决问题。

首先，我们需要明白何时适用滑动窗口技巧。通常来说，当问题需要我们寻找满足某种条件的连续数据序列（如子数组或子字符串）的最优解（如最大值、最小值或特定条件的存在）时，滑动窗口技术就非常有用。它可以帮助我们避免不必要的重复计算，优化整体的时间复杂度。

二、实现滑动窗口的核心步骤

实现滑动窗口需要遵循一系列标准的步骤，以确保我们能够有效地解决问题。

初始化窗口指针

首先，我们需要初始化两个指针，left 和 right，分别代表窗口的起始和结束位置。初始时，两个指针都指向数据结构的起始位置。

窗口的扩张与收缩

随后，根据问题的需要，逐步向右移动 right 指针以扩大窗口，直到窗口内的数据满足问题的要求。一旦满足条件，则有可能需要记录当前窗口的信息（如计算窗口内的元素和），接着尝试通过向右移动 left 指针来收缩窗口，以寻找可能的更优解或满足问题要求的其他解。

更新窗口数据

在整个过程中，我们还需要维护一些用于解决问题的数据结构或变量，以记录窗口内的相关信息。这可能包括窗口内元素的总和、最大或最小元素、元素的个数等。

三、滑动窗口的实际应用

为了更好地理解滑动窗口技术的应用，我们可以考虑以下几个典型的例子：

找出数组中的最大k个元素

在这个问题中，我们需要维护一个大小为k的滑动窗口，通过移动窗口并实时更新窗口内的最大值来高效地解决问题。

寻找最长的不含重复字符的子字符串

通过使用滑动窗口来遍历字符串，我们可以有效地记录字符出现的频率，并通过调整窗口的大小来确保子字符串中不包含重复字符，从而找到最长的符合条件的子字符串。

四、代码示例

为了具体说明如何使用Java实现滑动窗口，让我们考虑一个具体的例子：找到给定数组中和为特定值的连续子数组。

public class Solution {
    public static int findSubArraySum(int[] nums, int target) {
        int left = 0, right = 0;
        int sum = 0; // 用于记录窗口中元素的总和
        int result = 0; // 用于记录满足条件的子数组个数
        while (right < nums.length) {
            sum += nums[right]; // 扩大窗口
            while (sum > target) {
                sum -= nums[left]; // 收缩窗口
                left++;
            }
            if (sum == target) {
                result++; // 更新结果
            }
            right++;
        }
        return result;
    }
    public static void mAIn(String[] args) {
        int[] nums = {1, 2, 3, 4, 5};
        int target = 9;
        System.out.println(findSubArraySum(nums, target));
    }
}