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【单调栈】2023Q1A-找朋友

题目描述与示例

题目描述

在学校中，N 个小朋友站成一队， 第 i 个小朋友的身高为 height[i]，第 i 个小朋友可以看到的右边的第一个比自己身高更高的小朋友 j，那么 j 是 i 的好朋友（j > i）。请重新生成一个列表，对应位置的输出是每个小朋友的好朋友位置，如果没有看到好朋友，请在该位置用 0 代替。小朋友人数范围是 [0, 40000]。

输入描述

第一行输入 N，表示有 N 个小朋友

第二行输入 N 个小朋友的身高 height[i]，都是整数

输出描述

输出 N 个小朋友的好朋友的位置

示例一

输入

2
100 95

输出

0 0

示例二

输入

8
123 124 125 121 119 122 126 123

输出

1 2 6 5 5 6 0 0

解题思路

注意，本题和 LC739. 每日温度非常类似。区别在于，本题需要找到的是右边下一个更大元素的索引，而非与当前元素的间隔，显然变得更加简单了。

我们讲过，类似这种要求寻找左边/右边最近的更大/更小元素的题目，均可以使用单调栈来完成。

对于单调栈的题目，既可以正序遍历也可以逆序遍历数组来完成，重点在于理解单调栈的原理，同学们只需要选择适合自己理解的方法来完成即可。以下表格总结了两种不同遍历顺序的异同点。

	正序遍历	逆序遍历
单调栈顺序	栈中储存的索引所对应在原数组中的元素大小，从栈底至栈顶单调递减，即更大的数（的下标）位于栈底
入栈时机	栈顶元素反复出栈并修改 ans 之后，进行入栈。且入栈元素为当前下标 i，而非身高 h
修改 ans 时机	i 为 preIndex 的下一个更大元素的下标，在出栈过程中，即在 while 内修改 ans[preIndex]	stack[-1] 为 i 的下一个更大元素的下标，在出栈结束后，即在 while 外修改 ans[i]
出栈条件	h > height[stack[-1]]	h >= height[stack[-1]]

代码

解法一

正序遍历 height 构建单调栈。

# 题目：2023Q1A-找朋友
# 分值：100
# 作者：许老师-闭着眼睛学数理化
# 算法：单调栈-正序遍历原数组
# 代码看不懂的地方，请直接在群上提问


# 输入小朋友个数n
n = int(input())
# 输入N个小朋友的高度数组
height = list(map(int, input().split()))

# 构建一个单调栈，用来存放不同小朋友的身高的索引
# 栈中储存的索引所对应在height中的元素大小，从栈底至栈顶单调递减
# 即更大的数（的下标）位于栈底
stack = list()

# 构建列表ans，用来保存输出结果
# 初始化其中所有的元素均为0
ans = [0] * n

# 从头开始遍历每一个小朋友的身高
for i, h in enumerate(height):
    # 第i个小朋友的身高h，需要不断地与栈顶元素比较
    # 如果栈顶元素存在并且h【大于】栈顶元素stack[-1]
    # 意味着栈顶元素找到了右边最近的比他更高的身高h
    while len(stack) > 0 and h > height[stack[-1]]:
        # 首先获取栈顶元素的值，也就是上一个比h小的身高的索引值
        preIndex = stack.pop()

        # i即为preIndex这个索引所对应的，下一个最近身高
        ans[preIndex] = i

    # 再把当前小朋友身高的下标i存放到栈中
    # 注意：所储存的是下标i，而不是身高h
    stack.append(i)

# ans中的int元素转成str后才能合并成字符串
print(" ".join(map(str, ans)))

解法二

逆序遍历 height 构建单调栈。

# 题目：2023Q1A-找朋友
# 分值：100
# 作者：许老师-闭着眼睛学数理化
# 算法：单调栈-逆序遍历原数组
# 代码看不懂的地方，请直接在群上提问


# 输入小朋友个数n
n = int(input())
# 输入N个小朋友的高度数组
height = list(map(int, input().split()))

# 构建一个单调栈，用来存放不同小朋友的身高的索引
# 栈中储存的索引所对应在height中的元素大小，从栈底至栈顶单调递增
# 即更大的数（的下标）位于栈底
stack = list()

# 构建列表ans，用来保存输出结果
# 初始化其中所有的元素均为0
ans = [0] * n

# 逆序遍历每一个小朋友的身高
for i in range(n-1, -1, -1):
    h = height[i]
    # 第i个小朋友的身高h，需要不断地与栈顶元素比较
    # 如果栈顶元素存在并且h【大于等于】栈顶元素stack[-1]
    # 说明栈顶元素stack[-1]并不是身高h右边最近的比h更大的元素
    # 需要将栈顶元素弹出，继续寻找比h大的栈顶元素
    while len(stack) > 0 and h >= height[stack[-1]]:
        # 栈顶元素下标对应的身高不大于当前身高h，不是符合要求的更大身高，弹出
        stack.pop()
    # 完成弹出后，如果栈顶仍存在元素，说明stack[-1]所对应的身高，是严格比h大的下一个身高
    if len(stack) > 0:
        # ans[i]修改为stack[-1]
        ans[i] = stack[-1]

    # 再把当前小朋友身高的下标i存放到栈中
    # 注意：所储存的是下标i，而不是身高h
    stack.append(i)

# ans中的int元素转成str后才能合并成字符串
print(" ".join(map(str, ans)))

时空复杂度

时间复杂度：O(N)。不管是正序还是逆序遍历，均仅需一次遍历 height 数组。

空间复杂度：O(N)。单调栈所占用的额外空间。

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