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Java实现:在流式输入中查找连续三整数的最大和(无数组限制)

霞舞
发布: 2025-10-24 13:01:12
原创
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Java实现:在流式输入中查找连续三整数的最大和(无数组限制)

本文详细介绍了如何在java中,不使用数组的前提下,从连续的整数输入流中找出任意三个连续整数的最大和。文章阐述了滑动窗口的核心思想,通过维护三个变量来模拟窗口滑动,并提供了处理少于三个输入时的特殊逻辑,最终通过示例代码展示了完整的实现过程。

引言

在处理数据流时,我们经常需要对连续的数据子集进行分析。一个常见的场景是,从一系列实时输入的整数中,找出连续三个整数的最大和。本教程将探讨如何在Java中实现这一功能,同时遵守一个特定限制:不允许使用数组。此外,我们还需要处理输入数字不足三个时的特殊情况,即此时应返回所有已输入数字的总和。输入流将以特殊值 999 终止。

核心思想:滑动窗口与变量模拟

由于不能使用数组,我们需要一种机制来“记住”最近的三个数字。这可以通过使用三个独立的整型变量来模拟一个大小为3的“滑动窗口”来实现。当新的数字被输入时,这些变量会进行“轮转”或“移位”,以始终保存最新的三个数字。

假设我们有三个变量:

  • num1: 存储窗口中最旧的数字。
  • num2: 存储窗口中中间的数字。
  • num3: 存储窗口中最新的数字(即当前输入的数字)。

当一个新的数字 newInput 到来时,变量的更新逻辑如下:

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  1. num1 接收 num2 的值。
  2. num2 接收 num3 的值。
  3. num3 接收 newInput 的值。

这样,num1, num2, num3 始终代表着最新的三个连续数字。

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算法步骤详解

  1. 初始化变量:

    • num1, num2, num3: 初始化为 0,用于存储滑动窗口中的三个数字。
    • maxSum: 初始化为 0,用于记录迄今为止发现的最大连续三数之和。
    • inputCount: 初始化为 0,用于统计已输入的有效数字个数。
    • currentInput: 用于存储每次读取的当前数字。
  2. 循环读取输入: 使用 Scanner 从控制台持续读取整数,直到遇到终止符 999。

  3. 处理每个输入: 对于每个非 999 的输入:

    • inputCount 递增。
    • 执行滑动窗口的移位操作:num1 = num2; num2 = num3; num3 = currentInput;。
    • 判断输入数量:
      • 如果 inputCount < 3(即当前输入的数字不足三个): 此时,maxSum 应该累加当前所有已输入的数字之和。由于 maxSum 初始化为0,并且在 inputCount < 3 的情况下,它只会累加,因此 maxSum += currentInput; 可以满足需求。例如,如果只输入 7,maxSum 变为 7;如果再输入 2,maxSum 变为 7+2=9。
      • 如果 inputCount >= 3(即已经有三个或更多数字): 计算当前滑动窗口中三个数字的和:currentWindowSum = num1 + num2 + num3;。 将 currentWindowSum 与 maxSum 进行比较,如果 currentWindowSum 更大,则更新 maxSum = currentWindowSum;。
  4. 输出结果: 循环结束后,maxSum 中存储的就是符合条件的最大和。

示例演练

让我们使用示例输入 7 2 9 8 7 6 7 5 9 999 来逐步演示算法的执行过程。

步骤 currentInput inputCount num1 num2 num3 currentWindowSum maxSum (更新前) maxSum (更新后) 备注
初始 - 0 0 0 0 - 0 0
1 7 1 0 0 7 - 0 7 inputCount < 3,maxSum += 7
2 2 2 0 7 2 - 7 9 inputCount < 3,maxSum += 2
3 9 3 7 2 9 18 9 18 inputCount >= 3,max(9, 18)
4 8 4 2 9 8 19 18 19 inputCount >= 3,max(18, 19)
5 7 5 9 8 7 24 19 24 inputCount >= 3,max(19, 24)
6 6 6 8 7 6 21 24 24 inputCount >= 3,max(24, 21)
7 7 7 7 6 7 20 24 24 inputCount >= 3,max(24, 20)
8 5 8 6 7 5 18 24 24 inputCount >= 3,max(24, 18)
9 9 9 7 5 9 21 24 24 inputCount >= 3,max(24, 21)
10 999 - - - - - 24 24 终止输入,输出 maxSum

最终结果为 24,与预期相符。

Java 代码实现

import java.util.Scanner;

/**
 * MaxConsecutiveSum类用于在不使用数组的情况下,从流式输入中查找连续三个整数的最大和。
 * 输入以999作为终止符。如果输入的数字少于三个,则返回所有已输入数字的总和。
 */
public class MaxConsecutiveSum {

    public static void main(String[] args) {
        Scanner inputScanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入一系列整数,以999结束: ");

        // num1, num2, num3 构成一个滑动窗口,分别代表窗口中最旧、中间和最新的数字
        int num1 = 0; 
        int num2 = 0; 
        int num3 = 0; 

        // maxSum 存储迄今为止发现的最大连续三数之和。
        // 对于少于三个输入的情况,它也用于累积总和。
        int maxSum = 0; 

        // inputCount 记录有效输入的数字个数
        int inputCount = 0; 
        int currentInput;

        // 循环读取输入,直到遇到终止符999
        while (true) {
            // 尝试读取下一个整数
            try {
                currentInput = inputScanner.nextInt();
            } catch (java.util.InputMismatchException e) {
                System.err.println("无效输入:请输入整数。程序将退出。");
                inputScanner.close();
                return;
            }

            // 如果当前输入是终止符,则退出循环
            if (currentInput == 999) {
                break;
            }

            inputCount++; // 有效输入计数器递增

            // 执行滑动窗口的移位操作
            num1 = num2;
            num2 = num3;
            num3 = currentInput;

            // 根据已输入的数字个数进行不同的处理
            if (inputCount < 3) {
                // 如果输入的数字不足3个,maxSum累加当前输入。
                // 此时num1和num2可能包含0,所以不能直接sum(num1, num2, num3)。
                // 这种方式确保了在少于3个输入时,maxSum就是所有输入的和。
                maxSum += currentInput;
            } else {
                // 当至少有3个数字时,计算当前滑动窗口(num1, num2, num3)的和
                int currentWindowSum = num1 + num2 + num3;
                // 更新maxSum,如果当前窗口的和更大
                if (currentWindowSum > maxSum) {
                    maxSum = currentWindowSum;
                }
            }
        }

        // 输出最终的最大和
        System.out.println("连续三整数的最大和为: " + maxSum);

        // 关闭Scanner,释放资源
        inputScanner.close();
    }
}
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注意事项与总结

  1. 无数组限制: 这种通过三个独立变量实现滑动窗口的方法,有效规避了使用数组的限制,同时保持了逻辑的清晰性。
  2. 边缘情况处理: 算法巧妙地处理了输入数字少于三个的边缘情况。通过在 inputCount < 3 时直接累加 currentInput 到 maxSum,确保了在输入不足时 maxSum 存储的是所有已输入数字的总和。一旦输入达到或超过三个,maxSum 则开始跟踪并更新连续三数的最大和。
  3. 输入校验: 示例代码中增加了简单的 try-catch 块来处理非整数输入,提高了程序的健壮性。
  4. 时间与空间复杂度:
    • 时间复杂度: 算法只需要遍历一次输入流,对于每个数字执行常数次操作(移位、加法、比较)。因此,时间复杂度为 O(N),其中 N 是输入的数字总数。
    • 空间复杂度: 算法仅使用了固定数量的几个变量 (`num1

以上就是Java实现:在流式输入中查找连续三整数的最大和(无数组限制)的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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