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最大连续子数列和一道很经典的算法问题,给定一个数列,其中可能有正数也可能有负数,我们的任务是找出其中连续的一个子数列(不允许空序列),使它们的和尽可能大。我们一起用多种方式,逐步优化解决这个问题。
###暴力方法
求出所有可能连续子列的和,时间复杂度O(N^3)
int MaxSubSequm1(int A[], int N)
{
int ThisSum, MaxSum = 0;
int i, j, k;
for (i = 0; i < N; i++) { // i 是子列左端的位置
for (j = i; j < N; j++){ //j 是子列右端的位置
ThisSum = 0; //*
for (k = i; k <= j; k++) //*
ThisSum += A[k]; //*
if (ThisSum>MaxSum) // 如果刚得到的子列和更大
MaxSum = ThisSum; // 更新结果
}
}// 循环结束
return MaxSum;
}
###一个简单的优化
很显然上面的算法中,在计算子列和时,可以利用前一步计算和的结果,不需要每次从头累加。时间复杂度O(N^2)。
int MaxSubSequm1(int A[], int N)
{
int ThisSum, MaxSum = 0;
int i, j, k;
for (i = 0; i < N; i++) { // i 是子列左端的位置
for (j = i; j < N; j++){ //j 是子列右端的位置
ThisSum +=A[j]; //*
// 对于相同i ,的不同j ,只要在j-1次循环的基础上累加1 项即可
if (ThisSum>MaxSum) // 如果刚得到的子列和更大
MaxSum = ThisSum; // 更新结果
}
}
return MaxSum;
}
int Max3( int A, int B, int C )
{ /* 返回3个整数中的最大值 */
return A > B ? A > C ? A : C : B > C ? B : C;
}
int DivideAndConquer( int List[], int left, int right )
{ /* 分治法求List[left]到List[right]的最大子列和 */
int MaxLeftSum, MaxRightSum; /* 存放左右子问题的解 */
int MaxLeftBorderSum, MaxRightBorderSum; /*存放跨分界线的结果*/
int LeftBorderSum, RightBorderSum;
int center, i;
if( left == right ) { /* 递归的终止条件,子列只有1个数字 */
if( List[left] > 0 ) return List[left];
else return 0;
}
/* 下面是"分"的过程 */
center = ( left + right ) / 2; /* 找到中分点 */
/* 递归求得两边子列的最大和 */
MaxLeftSum = DivideAndConquer( List, left, center );
MaxRightSum = DivideAndConquer( List, center+1, right );
/* 下面求跨分界线的最大子列和 */
MaxLeftBorderSum = 0; LeftBorderSum = 0;
for( i=center; i>=left; i-- ) { /* 从中线向左扫描 */
LeftBorderSum += List[i];
if( LeftBorderSum > MaxLeftBorderSum )
MaxLeftBorderSum = LeftBorderSum;
} /* 左边扫描结束 */
MaxRightBorderSum = 0; RightBorderSum = 0;
for( i=center+1; i<=right; i++ ) { /* 从中线向右扫描 */
RightBorderSum += List[i];
if( RightBorderSum > MaxRightBorderSum )
MaxRightBorderSum = RightBorderSum;
} /* 右边扫描结束 */
/* 下面返回"治"的结果 */
return Max3( MaxLeftSum, MaxRightSum, MaxLeftBorderSum + MaxRightBorderSum );
}
int MaxSubseqSum3( int List[], int N )
{ /* 保持与前2种算法相同的函数接口 */
return DivideAndConquer( List, 0, N-1 );
}
下面是一个过程演示图:
这里最大的连续子列和是11。
我们可以通过抛弃负子列,保证最大子列和递增。当扫描一遍,最大子列和不再递增时,当前的最大子列和即为我们的解。这是最优算法,时间复杂度O(N)。
int MaxSubseqSum4(int A[], int N)
{
// int ThisSum, MaxSum;
// int i;
// ThisSum = MaxSum = 0;
// for (i = 0; i < N; i++){
// ThisSum += A[i];//向右累加
// if (ThisSum>MaxSum)
// MaxSum = ThisSum; // 发现更大和则更新当前结果
// else if (ThisSum < 0) // 如果当前子列和为负数
// ThisSum = 0; // 则不可能使后面部分和增大,抛弃之
// }
// return MaxSum;
int MaxSum = A[0];
int ThisSum = A[0];
for (int i=1;i < N;i++){
if (ThisSum<0)
ThisSum= A[i];
else if (ThisSum>=0)
ThisSum+=A[i];
if (ThisSum > MaxSum) MaxSum=ThisSum;
}
return MaxSum;
}
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