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LC76算法模式滑动窗口 · 最小覆盖伸缩窗口

最小覆盖子串 · 最短通关小队

s="ADOBECODEBANC", t="ABC":找最短连续窗口,使 A/B/C 各至少出现 1 次(看频次,不看顺序)。

题目是什么

s="ADOBECODEBANC", t="ABC":找最短连续窗口,使 A/B/C 各至少出现 1 次(看频次,不看顺序)。

解决什么问题

窗口何时合法,何时必须收缩,答案在扩张前还是收缩后更新?

核心结论

need 债务表 + missing:R 扩到 valid(missing==0),再缩 L 更新最短;重复字符看数量不看种类。

01交互算法精讲

先说结论:这道题到底解决什么

怎样从“s="ADOBECODEBANC", t="ABC":找最短连续窗口,使 A/B/C 各至少出现 1 次(看频次,不看顺序)。”推导出 滑动窗口 · 最小覆盖,并证明每次状态变化都不会漏掉答案?

中心结论:need 债务表 + missing:R 扩到 valid(missing==0),再缩 L 更新最短;重复字符看数量不看种类。

读完必须能回答
  1. 1.暴力方案在哪里重复计算,为什么仍然是正确基线?
  2. 2.窗口何时合法,何时必须收缩,答案在扩张前还是收缩后更新?
  3. 3.不变量“窗口 valid 当且仅当 missing==0。”为什么能保证算法安全前进?
02交互算法精讲

完整题目与题意拆解

给定一个源字符串 s,再给一个字符串 T,要求在源字符串中找到一个窗口,这个窗口包含由字符串各种排列组合组成的,窗口中可以包含 T 中没有的字符,如果存在多个,在结果中输出最小的窗口,如果找不到这样的窗口,输出空字符串。

在本站主例中,s="ADOBECODEBANC", t="ABC":找最短连续窗口,使 A/B/C 各至少出现 1 次(看频次,不看顺序)。

算法最终需要得到或观察:最短子串 "BANC"(顺序 B-A-C)。

把题目翻译成状态
  • 输入:s="ADOBECODEBANC", t="ABC":找最短连续窗口,使 A/B/C 各至少出现 1 次(看频次,不看顺序)。
  • 机器需要维护:L/R、窗口串、need 表、missing、bestStart/bestLen。
  • 最终可观察结果:最短子串 "BANC"(顺序 B-A-C)。
动画 1 · 题意扫描

先看清算法到底要维护什么

先建立输入、目标、输出和第一批状态,不急着进入模板。

Step 1/20%
题目与输入建立输入、目标与算法心智
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03交互算法精讲

第一层方案:暴力做法

枚举所有子串会反复统计大量相同字符;窗口只处理右端新加入和左端刚移出的增量。

暴力方案的价值是确认题意并提供正确性基线。它通常会覆盖所有候选, 但没有保存已经确认的信息,因此同一状态会被重新计算。

动画 2 · 暴力重复

重复工作究竟发生在哪里

把重复读取或重复搜索的区域明确标出,再决定优化必须保存什么。

Step 1/20%
先做对:建立暴力基线枚举所有候选并完整验证
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优化方向:need 债务表 + missing:R 扩到 valid(missing==0),再缩 L 更新最短;重复字符看数量不看种类。
04交互算法精讲

整体地图:先做什么,再做什么

  1. 1建模把输入翻译成“伸缩窗口”,明确答案需要观察什么。
  2. 2状态只维护 L/R、窗口串、need 表、missing、bestStart/bestLen。
  3. 3转移每一步按照 need 债务表 + missing:R 扩到 valid(missing==0),再缩 L 更新最短;重复字符看数量不看种类。
  4. 4收尾读取 最短子串 "BANC"(顺序 B-A-C)。,并复核边界与复杂度。
05交互算法精讲

伸缩窗口:核心概念

右端扩张负责获得新信息,左端收缩负责恢复合法性。

这道题不是为了记住一个组件名称,而是为了让状态具有可解释的语义:L/R、窗口串、need 表、missing、bestStart/bestLen。

核心不变量
  • 窗口 valid 当且仅当 missing==0。
  • need[c]>0 表示仍欠该字符;读到可还债则 missing--。
动画 3 · 核心概念

建立“伸缩窗口”心智模型

用主例建立核心状态,先预测下一步,再公开正确分支和理由。

Step 1/30%
题目与输入建立输入、目标与算法心智
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06交互算法精讲

核心机制:状态如何一步步变化

这一题是滑动窗口的题目,在窗口滑动的过程中不断的包含字符串 T,直到完全包含字符串 T 的字符以后,记下左右窗口的位置和窗口大小。每次都不断更新这个符合条件的窗口和窗口大小的最小值。最后输出结果即可。

need 债务表 + missing:R 扩到 valid(missing==0),再缩 L 更新最短;重复字符看数量不看种类。

执行过程中持续维护:L/R、窗口串、need 表、missing、bestStart/bestLen。

正确性依赖以下不变量:窗口 valid 当且仅当 missing==0。;need[c]>0 表示仍欠该字符;读到可还债则 missing--。

面试时可以压缩为:变长滑窗:need 记债务,missing 计欠缺实例;R 扩到 missing==0 后缩 L 取最短,移走必要字符则 need>0 且 missing++。O(n)。

落到当前题,执行机制可以压缩为:need 债务表 + missing:R 扩到 valid(missing==0),再缩 L 更新最短;重复字符看数量不看种类。每一次更新都必须保持核心不变量,而不是只让样例碰巧得到正确答案。

动画 4 · 机制构建

一次状态转移为什么成立

集中观察一次选择、计算和状态写回,让变量变化与原因同时出现。

Step 1/50%
R=0 · 扫描机器人纳入 aR 纳入 'A',窗口 A
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07交互算法精讲

正确性证明:为什么不会漏答案

初始化

初始化:算法开始时,全部合法候选仍在状态表示范围内;窗口 valid 当且仅当 missing==0。

保持

保持:执行“need 债务表 + missing:R 扩到 valid(missing==0),再缩 L 更新最短;重复字符看数量不看种类。”时,只删除已经能证明不可能的候选,并把新信息写回 L/R、窗口串、need 表、missing、bestStart/bestLen。

终止

终止:没有待处理状态或达到命中条件时,当前可观察结果就是“最短子串 "BANC"(顺序 B-A-C)。”。

正确性抓手不是“样例跑通”,而是每一帧结束后仍能复述:窗口 valid 当且仅当 missing==0。;need[c]>0 表示仍欠该字符;读到可还债则 missing--。
08交互算法精讲

完整执行过程

  1. 1题目与输入s="ADOBECODEBANC", t="ABC":找最短连续窗口,使 A/B/C 各至少出现 1 次(看频次,不看顺序)。 因为:need 债务表 + missing:R 扩到 valid(missing==0),再缩 L 更新最短;重复字符看数量不看种类。
  2. 2R=1 · 纳入 b,窗口 abb 在窗口内是全新字符,L 不动,窗口延长到 ab,best=2。 因为:无冲突时只扩张 R 并更新 lastSeen / best。
  3. 3R=2 · 纳入 c,窗口 abcc 也是新面孔。连续三字 abc 都合法,best 达到 3。 因为:无冲突时只扩张 R 并更新 lastSeen / best。
  4. 4R=5 · 旧 c 在 2,L 跳到 3c 的旧位置 2 >= L=2,L 跳到 3,窗口重新变成 abc。 因为:无冲突时只扩张 R 并更新 lastSeen / best。
  5. 5R=7 · 连续两个 b,L 跳到 7b 的旧位置 6 >= L=5,L 直接跳到 7,窗口只剩单个 b。 因为:无冲突时只扩张 R 并更新 lastSeen / best。
  6. 6R=10 · 扫描 'A'处理字符 A。 因为:无冲突时只扩张 R 并更新 lastSeen / best。
  7. 7R=12 · 扫描 'C'处理字符 C。 因为:旧字符仍在窗口内时必须让 L 跳过它,否则窗口仍含重复。
  8. 8收尾与复杂度最短子串 "BANC"(顺序 B-A-C)。 因为:时间 O(n) · 空间 O(σ)。need 债务表 + missing:R 扩到 valid(missing==0),再缩 L 更新最短;重复字符看数量不看种类。
动画 5 · 完整执行

从输入完整走到可观察结果

从主例第一帧运行到答案,时间轴始终显示当前状态、因果解释和下一步。

Step 1/80%
题目与输入建立输入、目标与算法心智
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09交互算法精讲

把动画和 Go 代码逐行对应

代码窗口不会按容易漂移的固定数字行号硬绑动画,而是根据当前语义阶段, 在完整 Go 实现中定位选择、计算、写回或返回分支。当前变量与高亮行一起变化。

动画 6 · 代码映射

让每个动作都落到 Go 分支

重新执行关键分支,只显示当前代码附近窗口,并说明这行为什么在此刻运行。

Step 1/60%
题目:最长无重复连续子串建立字符跑道与「连续无重复安全区」目标
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10交互算法精讲

完整 Go 提交代码与最小测试

完整 Go 解法
func minWindow(s string, t string) string {
	if s == "" || t == "" {
		return ""
	}
	var tFreq, sFreq [256]int
	result, left, right, finalLeft, finalRight, minW, count := "", 0, -1, -1, -1, len(s)+1, 0

	for i := 0; i < len(t); i++ {
		tFreq[t[i]-'a']++
	}

	for left < len(s) {
		if right+1 < len(s) && count < len(t) {
			sFreq[s[right+1]-'a']++
			if sFreq[s[right+1]-'a'] <= tFreq[s[right+1]-'a'] {
				count++
			}
			right++
		} else {
			if right-left+1 < minW && count == len(t) {
				minW = right - left + 1
				finalLeft = left
				finalRight = right
			}
			if sFreq[s[left]-'a'] == tFreq[s[left]-'a'] {
				count--
			}
			sFreq[s[left]-'a']--
			left++
		}
	}
	if finalLeft != -1 {
		result = string(s[finalLeft : finalRight+1])
	}
	return result
}
最小测试集合
func main() {
    // 1. 主例
    //    输入:mode="longest-unique", text="ADOBECODEBANC"
    //    期望:最短子串 "BANC"(顺序 B-A-C)。
    //
    // 2. 失败 / 未命中
    //    检查:误找连续 "ABC" 或 A→B→C 顺序。
    //
    // 3. 边界
    //    空输入、单元素、最小合法规模,以及答案恰好落在边界的情况。
    //
    // 4. 迁移
    //    LC3 无重复最长(变长滑窗,不变量不同);LC438 找所有异位词(定长滑窗+频次)
}

Go 参考实现基于 halfrost/LeetCode-Go 的 MIT 许可代码整理,并按本站教学结构补充解释与动画映射。

11交互算法精讲

正确性与复杂度

时间复杂度 O(n)

执行过程中只保留仍可能影响答案的状态。need 债务表 + missing:R 扩到 valid(missing==0),再缩 L 更新最短;重复字符看数量不看种类。

空间复杂度 O(σ)

额外状态主要用于维护:L/R、窗口串、need 表、missing、bestStart/bestLen。

终局不变量
  • 窗口 valid 当且仅当 missing==0。
  • need[c]>0 表示仍欠该字符;读到可还债则 missing--。
12交互算法精讲

最容易写错的地方

错误 1

误找连续 "ABC" 或 A→B→C 顺序。

错误 2

只判种类不判频次(如 t="AAB" 需 A×2)。

边界复查

必须额外检查空输入、单元素、未命中或不可达情况,以及恰好落在边界的输入。

13交互算法精讲

最后复盘:带走逻辑链

  1. 1题意s="ADOBECODEBANC", t="ABC":找最短连续窗口,使 A/B/C 各至少出现 1 次(看频次,不看顺序)。
  2. 2重复枚举所有子串会反复统计大量相同字符;窗口只处理右端新加入和左端刚移出的增量。
  3. 3优化need 债务表 + missing:R 扩到 valid(missing==0),再缩 L 更新最短;重复字符看数量不看种类。
  4. 4证明窗口 valid 当且仅当 missing==0。;need[c]>0 表示仍欠该字符;读到可还债则 missing--。
  5. 5复杂度时间 O(n),空间 O(σ)
面试表达:变长滑窗:need 记债务,missing 计欠缺实例;R 扩到 missing==0 后缩 L 取最短,移走必要字符则 need>0 且 missing++。O(n)。
迁移练习
  • LC3 无重复最长(变长滑窗,不变量不同)
  • LC438 找所有异位词(定长滑窗+频次)