求解最大字段和的幾種方法


問題定義:

給定n個整數(可能為負數)組成的序列a[1],a[2],a[3],…,a[n],求該序列如a[i]+a[i+1]+…+a[j]的子段和的最大值(0<i<j<n)。當所給的整均為負數時定義子段和為0,依此定義,比如{5,-3,4,2}的最大子序列就是 {5,-3,4,2},它的和是8,達到最大;而 {5,-6,4,2}的最大子序列是{4,2},它的和是6。

方法一:學過程序設計的都會,那就是枚舉i和j,求i和a[i]到a[j]之間的和的最大值。

int maxsub(int *a,int n)

{

  int i,j,k,maxn=0;

  for(i = 0 ; i < n ; i++)

  {

    for(j = i+1 ; j < n ;j++)

    {

      int temp_max = 0 ;

      for(k = i ; k <= j ;k++)

      {

        temp_max+=a[k];

      }

      if(temmax > maxn)

      {

        maxn = temp_max;

      }

    }

  }

  return maxn;

}

時間復雜度O(n^3)。這顯然是不能接受滴。其實這其中進行了大量的重復計算。

 

方法二:

可以把字段和結果線計算出來啊,存儲到s[]數組中,即預處理

int sum = 0.s[n];

for(i = 0 ; i < n ; i++)

{

  sum+=a[i];

  s[i]=sum;

}

這樣在每次計算a[i]到a[j]之間的數和的時候就等於s[j]-s[i]。如此優化時間復雜度變為O(n^2).好一些了,能不能優化呢?顯然在優化就是O(n*logn)和O(n)了吧!

 

方法三:

考慮能不能有O(n*logn)的算法呢?當然有了……

如果將給定的序列a[1..n]分成長度相等的兩段a[1..n/2]和a[n/2+1:n],分別求出這兩段的最大字段和。則該給定序列的最大字段和有三種情行:

1)和a[1..n/2]的最大字段和相同。

2)和a[n/2+1:n]的最大字段和相同。

3)最大字段和包含兩部分,一部分在中,另一部分在a[n/2+1..n]中。

前兩種情形我們可以用遞歸方法求出,第三種情形可以分別求出兩部分的最大字段和值再相加(注:a[1..n/2]這部分求最大字段和要以a[n/2]結束,a[n/2+1..n] 這部分求最大字段和要以a[n/2+1]開始)。序列的最大字段和即為這三種情形的最大值。

int maxSubItem(int *a,int low,int high)

{

  int s1,s2,s31,s32,i,j;

  int sum;

  int mid = ( low + high ) / 2;

  if(low == high)

    return a[low];

  else

  {

    s1 = maxSubItem(a,low,mid);

    s2 = maxSubItem(a,mid+1,high);

    i = mid;

    s31 = a[mid];

    while ((s31 + a[i-1] > s31) && (i > low))

    {

      s31 += a[i-1];

      i--;

    }

    j = mid + 1;

    s32 = a[mid + 1];

    while ((s32 + a[j + 1] > s32) && (j < high))

    {

      s32 += a[j + 1];

      j++;

    }

    sum = s31 + s32;

    if(sum < s1) sum = s1;

    if(sum < s2) sum = s2;

  }

}

這種情況下,顯然時間復雜度為O(n*logn)。要是有O(n)的算法該多好呢?事實上還真有。這自然就是要想到動態規划了吧!!!

方法四:

int maxsub(int a,int n)

{

  int temp = 0,maxn = -INF,k=1

  int start,end;

  for(i = 1 ; i <= n ;i++)

  {

    temp+=a[i];

    if(temp > maxn)

    {

      maxn = temp;start = k ;end = i;

    }

    if(temp < 0)

    {

      temp = 0;k = i+1;

    }

  }

  return maxn;

}

分析一下這個算法,借用了一個臨時變量temp,其實有三種情況:

1. 若temp>maxn則更新maxn,並保存開始和結束位置;

2. 若temp<0則令temp = 0,因為temp<0則不可能繼續用temp更新最大值了;

3. 若0<temp<maxn,則不作操作,這是temp被認為是有潛力的,可能會用來更新后面的值。這樣的一次遍歷搜索到了所有的最大值。

(temp的使用時關鍵,好好理解這種思想。理解不了也沒關系,這是比較難想的方法。)


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