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困难
数组
哈希表
数学
滑动窗口

2524. 子数组的最大频率分数 🔒

English Version

题目描述

给定一个整数数组 nums 和一个 正 整数 k 。

数组的 频率得分 是数组中 不同 值的 幂次 之和，并将和对 109 + 7 取模。

例如，数组 [5,4,5,7,4,4] 的频率得分为 (43 + 52 + 71) modulo (109 + 7) = 96 。

返回 nums 中长度为 k 的 子数组 的 最大 频率得分。你需要返回取模后的最大值，而不是实际值。

子数组 是一个数组的连续部分。

 

示例 1 ：

输入：nums = [1,1,1,2,1,2], k = 3
输出：5
解释：子数组 [2,1,2] 的频率分数等于 5。可以证明这是我们可以获得的最大频率分数。

示例 2 ：

输入：nums = [1,1,1,1,1,1], k = 4
输出：1
解释：所有长度为 4 的子数组的频率得分都等于 1。

 

提示：

  • 1 <= k <= nums.length <= 105
  • 1 <= nums[i] <= 106

解法

方法一：哈希表 + 滑动窗口 + 快速幂

我们用哈希表 cnt 维护窗口大小为 $k$ 的元素及其出现的次数。

先算出初始窗口为 $k$ 的所有元素的分数。然后利用滑动窗口，每次加入一个元素，并移除最左边的元素，同时利用快速幂更新分数。

时间复杂度 $O(n \times \log n)$，空间复杂度 $O(n)$。其中 $n$ 是数组 nums 的长度。

Python3

class Solution:
    def maxFrequencyScore(self, nums: List[int], k: int) -> int:
        mod = 10**9 + 7
        cnt = Counter(nums[:k])
        ans = cur = sum(pow(k, v, mod) for k, v in cnt.items()) % mod
        i = k
        while i < len(nums):
            a, b = nums[i - k], nums[i]
            if a != b:
                cur += (b - 1) * pow(b, cnt[b], mod) if cnt[b] else b
                cur -= (a - 1) * pow(a, cnt[a] - 1, mod) if cnt[a] > 1 else a
                cur %= mod
                cnt[b] += 1
                cnt[a] -= 1
                ans = max(ans, cur)
            i += 1
        return ans

Java

class Solution {
    private final int mod = (int) 1e9 + 7;

    public int maxFrequencyScore(int[] nums, int k) {
        Map<Integer, Integer> cnt = new HashMap<>();
        for (int i = 0; i < k; ++i) {
            cnt.merge(nums[i], 1, Integer::sum);
        }
        long cur = 0;
        for (var e : cnt.entrySet()) {
            cur = (cur + qpow(e.getKey(), e.getValue())) % mod;
        }
        long ans = cur;
        for (int i = k; i < nums.length; ++i) {
            int a = nums[i - k];
            int b = nums[i];
            if (a != b) {
                if (cnt.getOrDefault(b, 0) > 0) {
                    cur += (b - 1) * qpow(b, cnt.get(b)) % mod;
                } else {
                    cur += b;
                }
                if (cnt.getOrDefault(a, 0) > 1) {
                    cur -= (a - 1) * qpow(a, cnt.get(a) - 1) % mod;
                } else {
                    cur -= a;
                }
                cur = (cur + mod) % mod;
                cnt.put(b, cnt.getOrDefault(b, 0) + 1);
                cnt.put(a, cnt.getOrDefault(a, 0) - 1);
                ans = Math.max(ans, cur);
            }
        }
        return (int) ans;
    }

    private long qpow(long a, long n) {
        long ans = 1;
        for (; n > 0; n >>= 1) {
            if ((n & 1) == 1) {
                ans = ans * a % mod;
            }
            a = a * a % mod;
        }
        return ans;
    }
}

C++

class Solution {
public:
    int maxFrequencyScore(vector<int>& nums, int k) {
        using ll = long long;
        const int mod = 1e9 + 7;
        auto qpow = [&](ll a, ll n) {
            ll ans = 1;
            for (; n; n >>= 1) {
                if (n & 1) {
                    ans = ans * a % mod;
                }
                a = a * a % mod;
            }
            return ans;
        };
        unordered_map<int, int> cnt;
        for (int i = 0; i < k; ++i) {
            cnt[nums[i]]++;
        }
        ll cur = 0;
        for (auto& [k, v] : cnt) {
            cur = (cur + qpow(k, v)) % mod;
        }
        ll ans = cur;
        for (int i = k; i < nums.size(); ++i) {
            int a = nums[i - k], b = nums[i];
            if (a != b) {
                cur += cnt[b] ? (b - 1) * qpow(b, cnt[b]) % mod : b;
                cur -= cnt[a] > 1 ? (a - 1) * qpow(a, cnt[a] - 1) % mod : a;
                cur = (cur + mod) % mod;
                ans = max(ans, cur);
                cnt[b]++;
                cnt[a]--;
            }
        }
        return ans;
    }
};

Go

func maxFrequencyScore(nums []int, k int) int {
	cnt := map[int]int{}
	for _, v := range nums[:k] {
		cnt[v]++
	}
	cur := 0
	const mod int = 1e9 + 7
	qpow := func(a, n int) int {
		ans := 1
		for ; n > 0; n >>= 1 {
			if n&1 == 1 {
				ans = ans * a % mod
			}
			a = a * a % mod
		}
		return ans
	}
	for k, v := range cnt {
		cur = (cur + qpow(k, v)) % mod
	}
	ans := cur
	for i := k; i < len(nums); i++ {
		a, b := nums[i-k], nums[i]
		if a != b {
			if cnt[b] > 0 {
				cur += (b - 1) * qpow(b, cnt[b]) % mod
			} else {
				cur += b
			}
			if cnt[a] > 1 {
				cur -= (a - 1) * qpow(a, cnt[a]-1) % mod
			} else {
				cur -= a
			}
			cur = (cur + mod) % mod
			ans = max(ans, cur)
			cnt[b]++
			cnt[a]--
		}
	}
	return ans
}