實現滑動窗口算法時array_slice 的用法詳解

gitbox 2025-05-29

滑動窗口算法是一種常見且高效的算法思想，廣泛應用於字符串處理、數組查找、最大/最小子數組和等問題中。在PHP 語言實現滑動窗口時， array_slice函數因其簡潔且功能強大，常被用來獲取當前窗口的子數組。本文將詳細講解為何在滑動窗口算法中常用array_slice ，並結合示例說明其具體用法。

什麼是滑動窗口算法？

滑動窗口算法通過維護一個“窗口”來遍歷數組或字符串，窗口的邊界不斷向前滑動，動態調整窗口內的數據，從而避免重複計算，提高效率。比如查找一個數組中滿足條件的最長子數組或固定長度子數組的最大和等，都可以用滑動窗口完成。

PHP 中array_slice的作用

array_slice是PHP 中用來從數組中取出一段連續元素的函數，語法如下：

 array_slice(array $array, int $offset, ?int $length = null, bool $preserve_keys = false): array

$array ：輸入數組
$offset ：起始位置（支持負數表示從末尾開始）
$length ：截取長度（可選）
$preserve_keys ：是否保留原數組的鍵名，默認不保留

它返回一個新數組，是原數組中從$offset開始的$length個元素的切片。

為什麼滑動窗口常用array_slice ？

簡潔明了：滑動窗口的關鍵是每次調整窗口邊界， array_slice可以快速獲取當前窗口內的元素，代碼邏輯簡單直觀。
不修改原數組： array_slice不會改變原數組，避免了複雜的數組操作帶來的副作用。
支持負數偏移：靈活處理窗口起始點，從後往前取元素也方便。
易於調試：每次滑動窗口後調用array_slice獲取當前窗口數組，方便打印查看。

不過，使用array_slice需要注意性能問題，因為每次調用都會產生新的數組，頻繁調用可能導致額外的內存和時間開銷。針對性能敏感的場景，可以通過維護窗口內元素的計數或指針索引來優化。

代碼示例：用array_slice實現滑動窗口求最大和的固定長度子數組

<?php

function maxSumSubarray(array $nums, int $k): int {
    $maxSum = PHP_INT_MIN;
    $n = count($nums);

    for ($i = 0; $i <= $n - $k; $i++) {
        // 使用 array_slice 取當前窗口元素
        $window = array_slice($nums, $i, $k);
        $currentSum = array_sum($window);

        if ($currentSum > $maxSum) {
            $maxSum = $currentSum;
        }
    }

    return $maxSum;
}

// 測試數據
$nums = [2, 1, 5, 1, 3, 2];
$k = 3;
echo "固定長度為 $k 的子數組最大和是：" . maxSumSubarray($nums, $k);

?>

解析

array_slice($nums, $i, $k)取出從位置$i開始長度為$k的子數組，表示當前滑動窗口內的元素。
使用array_sum計算窗口內元素和，更新最大和。
代碼簡單易懂，清晰展現滑動窗口的每一步。

進階思考：如何避免頻繁調用array_slice ？

在需要優化性能時，可以不直接調用array_slice ，而是維護兩個指針和窗口內的累加值：

 function maxSumSubarrayOptimized(array $nums, int $k): int {
    $maxSum = PHP_INT_MIN;
    $windowSum = 0;
    $n = count($nums);

    for ($i = 0; $i < $n; $i++) {
        $windowSum += $nums[$i];
        if ($i >= $k - 1) {
            $maxSum = max($maxSum, $windowSum);
            $windowSum -= $nums[$i - $k + 1];
        }
    }

    return $maxSum;
}

這種方式避免了數組切片和復制，時間複雜度更低，適合大數據場景。

總結

在PHP 實現滑動窗口算法時， array_slice是一個非常直觀且方便的工具。它讓我們能夠快速截取窗口數據，簡化代碼邏輯，方便理解和調試。但也要注意其性能開銷，在對效率要求高的場合，建議使用指針維護窗口邊界，避免頻繁複制數組。

如果你剛接觸滑動窗口算法，推薦先用array_slice理解窗口的移動和作用，再逐步學習優化技巧。這樣循序漸進，既掌握思路，又能寫出高效代碼。