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如何有效地找到從每個值到下一個較低/較高值的距離?

2021-12-20 07:02:35 軟體工程

我會告訴你我正在使用什么結構,請隨時推薦任何更改,例如 numpy 陣列或其他東西。

無論如何,我擁有的是與股票價格相對應的 500 萬個連續條目的串列。

然后我還有 2 個串列,每個串列的長度相同 - 500 萬個條目。這些串列對應于預期的“上限”和預期的“下限”,我預計股票將從序列中的那個點達到。

我想要做的是遍歷下限串列中的所有 500 萬個條目,并按順序記錄價格最終達到該下限所需的時間。然后我想對上限串列做同樣的事情。

以下是只有 10 個條目的股票價格串列的潛在解決方案示例:

prices =       [15,16,18,22,23,17,15,19,15,18]
upper_limits = [17,18,21,23,25,22,18,21,18,20]
lower_limits = [14,15,16,18,19,15,13,17,14,16]


solved_upper = [2,1,1,1,x,x,1,x,1,x]
solved_lower = [x,5,4,2,1,1,x,1,x,x]

#I think I got this right?  Anyways as you can see, the solved lists simply show
#how many entries we have to look at until we find a value that is >= to it for upper, or <= to it
#for lower

那么問題來了,對于大量的條目,如何合理快速地解決這個問題?(實際上,我有 10 個上限串列和 10 個下限串列..所以需要更高的效率)

uj5u.com熱心網友回復:

我要澄清效率。用真實的資料物件替換 Dictionary 物件可能是一個好主意。

首先,我們需要將您的時間序列變成可搜索的樹。

def make_tree (series, i=None, j=None):
    if i is None:
        i = 0
    if j is None:
        j = len(series) - 1

    if i == j:
        return {
            "min_i": i,
            "max_i": i,
            "min_value": series[i],
            "max_value": series[i],
            "left": None,
            "right": None
        }
    else:
        mid = (i   j) // 2
        left = make_tree(series, i, mid)
        right = make_tree(series, mid 1, j)
        return {
            "min_i": i,
            "max_i": j,
            "min_value": min(left['min_value'], right['min_value']),
            "max_value": max(left['max_value'], right['max_value']),
            "left": left,
            "right": right
        }

接下來我們需要函式來搜索那棵樹:

def find_next_after_at_least(tree, min_i, min_value):
    if tree['max_i'] <= min_i or tree['max_value'] < min_value:
        return None
    elif tree['min_i'] == tree['max_i']:
        return tree['min_i'] - min_i
    else:
        answer = find_next_after_at_least(tree['left'], min_i, min_value)
        if answer is None:
            answer = find_next_after_at_least(tree['right'], min_i, min_value)
        return answer

def find_next_after_at_most(tree, min_i, max_value):
    if tree['max_i'] <= min_i or max_value < tree['min_value']:
        return None
    elif tree['min_i'] == tree['max_i']:
        return tree['min_i'] - min_i
    else:
        answer = find_next_after_at_most(tree['left'], min_i, max_value)
        if answer is None:
            answer = find_next_after_at_most(tree['right'], min_i, max_value)
        return answer

現在您可以輕松撰寫搜索:

def solve_upper(tree, limits):
    return [
        find_next_after_at_least(tree, i, limits[i])
            for i in range(len(limits))
    ]

def solve_lower(tree, limits):
    return [
        find_next_after_at_most(tree, i, limits[i])
            for i in range(len(limits))
    ]

現在你的示例問題:

t = make_tree([15,16,18,22,23,17,15,19,15,18])
print(solve_upper(t, [17,18,21,23,25,22,18,21,18,20]))
print(solve_lower(t, [14,15,16,18,19,15,13,17,14,16]))

uj5u.com熱心網友回復:

您可以使用類似于所謂的“單調佇列”的資料結構有效地解決這個問題(在 O(N log N) 時間內)。你可以用谷歌搜索,但通常的用例與你的有很大不同,所以我只是解釋一下。(奇怪的是,這是我在一周內在這里看到的第三個問題,答案需要這樣的結構。)

在您的情況下,您將從價格陣列的末尾開始作業,將每個價格添加到單調佇列的前面。每次輸入價格時,其他一些可能會被丟棄,因此佇列中只保存比之前所有的都大的專案。這些是唯一可能成為“下一個更高價格”的專案。它們也在佇列中單調遞增,因此您可以使用二分搜索找到第一個 >= 目標。由于您需要知道下一個更高值的索引,因此您可以存盤索引而不是值本身。

這就解決了上限問題。下限類似,但佇列單調遞減。

在python中,它看起來像這樣:

def solve_upper(prices, limits):
    solved = [0]*len(prices)
    q = [0]*len(prices)
    qstart = len(q)
    for i in range(len(prices)-1, -1, -1):
        price = prices[i]
        while qstart < len(q) and prices[q[qstart]] <= price:
            # the price at the start of q needs to be discarded, since
            # it isn't greater than the new one
            qstart  = 1
        # prepend the new price
        qstart -= 1
        q[qstart] = i
        limit = limits[i]

        # binary search to find the first price >= limit
        minpos = qstart
        maxpos = len(q)
        while minpos < maxpos:
            testpos = minpos   (maxpos - minpos)//2
            if prices[q[testpos]] < limit:
                # too low
                minpos = testpos 1
            else:
                # high enough
                maxpos = testpos
        if minpos < len(q):
            solved[i] = q[minpos]-i
        else:
            solved[i] = None
    return solved

def solve_lower(prices, limits):
    solved = [0]*len(prices)
    q = [0]*len(prices)
    qstart = len(q)
    for i in range(len(prices)-1, -1, -1):
        price = prices[i]
        while qstart < len(q) and prices[q[qstart]] >= price:
            # the price at the start of q needs to be discarded, since
            # it isn't less than the new one
            qstart  = 1
        # prepend the new price
        qstart -= 1
        q[qstart] = i
        limit = limits[i]

        # binary search to find the first price <= limit
        minpos = qstart
        maxpos = len(q)
        while minpos < maxpos:
            testpos = minpos   (maxpos - minpos)//2
            if prices[q[testpos]] > limit:
                # too low
                minpos = testpos 1
            else:
                # high enough
                maxpos = testpos
        if minpos < len(q):
            solved[i] = q[minpos]-i
        else:
            solved[i] = None
    return solved

prices =       [15,16,18,22,23,17,15,19,15,18]
upper_limits = [17,18,21,23,25,22,18,21,18,20]
lower_limits = [14,15,16,18,19,15,13,17,14,16]
print(solve_upper(prices, upper_limits))
print(solve_lower(prices, lower_limits))

輸出:

[2, 1, 1, 1, None, None, 1, None, 1, None]
[None, 5, 4, 2, 1, 1, None, 1, None, None]

注意:如果您將此答案與@btilly 的答案進行對比,請將結果包含在評論中!

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/gongcheng/386505.html

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