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经典算法问题<假设解决某一问题可以使用算法a和算法b>

经典算法问题

文章来自:http://conw.net/archives/9/

(不是抄袭,那是我自己的博客,源地址查看代码有高亮)

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。

为了更清晰的理解问题,首先我们先看一组数据:8-2 6 -1 5 4 -7 2 3第一行的8是说序列的长度是8,然后第二行有8个数字,即待计算的序列。对于这个序列,我们的答案应该是14,所选的数列是从第2个数到第5个数,这4个数的和是所有子数列中最大的。

最暴力的做法,复杂度O(N^3)

暴力求解也是容易理解的做法,简单来说,我们只要用两层循环枚举起点和终点,这样就尝试了所有的子序列,然后计算每个子序列的和,然后找到其中最大的即可,C语言代码如下:

#include //N是数组长度,num是待计算的数组,放在全局区是因为可以开很大的数组int N, num[1024];int main(){ //输入数据 scanf("%d", &N); for(int i = 1; i > 1; int lans = solve(left, mid); int rans = solve(mid + 1, right); //横跨分割点的情况 int sum = 0, lmax = num[mid], rmax = num[mid + 1]; for(int i = mid; i >= left; i--) { sum += num[i]; if(sum > lmax) lmax = sum; } sum = 0; for(int i = mid + 1; i rmax) rmax = sum; } //答案是三种情况的最大值 int ans = lmax + rmax; if(lans > ans) ans = lans; if(rans > ans) ans = rans; return ans;}int main(){ //输入数据 scanf("%d", &N); for(int i = 1; i ans) ans = num[i]; } printf("%d ", ans); return 0;}

 

这里我们没有创建dp数组,根据递归公式的依赖关系,单独一个num数组就足以解决问题,创建一个一亿长度的数组要占用几百MB的内存!这个算法的时间复杂度是O(N)的,所以它计算一亿长度的序列也不在话下!不过你如果真的用一个这么大规模的数据来测试这个程序会很慢,因为大量的时间都耗费在程序读取数据上了!

另辟蹊径,又一个O(N)的算法

考虑我们之前O(N^2)的算法,即一个简单的优化一节,我们还有没有办法优化这个算法呢?答案是肯定的!我们已知一个sum数组,sum[i]表示第1个数到第i个数的和,于是sum[j] - sum[i-1]表示第i个数到第j个数的和。那么,以第n个数为结尾的最大子序列和有什么特点?假设这个子序列的起点是m,于是结果为sum[n] - sum[m-1]。并且,sum[m]必然是sum[1],sum[2]...sum[n-1]中的最小值!这样,我们如果在维护计算sum数组的时候,同时维护之前的最小值, 那么答案也就出来了!为了节省内存,我们还是只用一个num数组。C语言代码如下:

#include //N是数组长度,num是待计算的数组,放在全局区是因为可以开很大的数组int N, num[134217728];int main(){ //输入数据 scanf("%d", &N); for(int i = 1; i ans) ans = s - m; } printf("%d ", ans); return 0;}

 

这个程序的原理和另辟蹊径,又一个O(N)的算法中介绍的一样,在计算前缀和的过程中维护之前得到的最小值。它的时间复杂度是O(N),空间复杂度是O(1),这达到了理论下限!唯一比较麻烦的是ans的初始化值,不能直接初始化为0,因为数列可能全为负数!

至此,最大连续子序列和的问题已经被我们完美解决!然而以上介绍的算法都只是直接求出问题的结果,而不能求出具体是哪一个子序列,其实搞定这个问题并不复杂,具体怎么做留待读者思考吧!

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