3664 顺序表应用7:最大子段和之分治递归法

本文介绍了一种使用分治递归法解决最大子段和问题的方法,通过对给定序列进行递归分解,寻找子段的最大和,并记录递归调用次数。示例代码展示了如何实现这一算法,包括初始化数组、递归函数的定义以及最终结果的输出。

顺序表应用7:最大子段和之分治递归法

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Problem Description

 给定n(1<=n<=50000)个整数(可能为负数)组成的序列a[1],a[2],a[3],…,a[n],求该序列如a[i]+a[i+1]+…+a[j]的子段和的最大值。当所给的整数均为负数时定义子段和为0,依此定义,所求的最优值为: Max{0,a[i]+a[i+1]+…+a[j]},1<=i<=j<=n。 例如,当(a[1],a[2],a[3],a[4],a[5],a[6])=(-2,11,-4,13,-5,-2)时,最大子段和为20。

 

注意:本题目要求用分治递归法求解,除了需要输出最大子段和的值之外,还需要输出求得该结果所需的递归调用总次数。

 

递归调用总次数的获得,可以参考以下求菲波那切数列的代码段中全局变量count的用法:

#include
int count=0;
int main()
{
    int n,m;
    int fib(int n);
    scanf("%d",&n);
    m=fib(n);
    printf("%d %d\n",m,count);
    return 0;
}
int fib(int n)
{
    int s;
    count++;
    if((n==1)||(n==0)) return 1;
    else s=fib(n-1)+fib(n-2);
    return s;
}
 

Input

第一行输入整数n(1<=n<=50000),表示整数序列中的数据元素个数;

第二行依次输入n个整数,对应顺序表中存放的每个数据元素值。

Output

一行输出两个整数,之间以空格间隔输出:

第一个整数为所求的最大子段和;

第二个整数为用分治递归法求解最大子段和时,递归函数被调用的总次数。

Sample Input

6
-2 11 -4 13 -5 -2

Sample Output

20 11
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

int a[50010],cnt;

int fb(int l,int r){
  int sum,mid,ll=0,rr=0,suml=0,sumr=0;
  cnt++;
  if(l == r)
    return max(a[l],0);

  mid = (l+r)/2;
  for(int i = mid; i >= l; i--){
    suml += a[i];
    ll = max(ll,suml);
  }
  for(int i = mid+1; i <= r; i++){
    sumr += a[i];
    rr = max(rr,sumr);
  }

  sum = max(0,ll + rr);
  suml = fb(l,mid);
  sumr = fb(mid+1,r);
  sum = max(sum,suml);
  sum = max(sum,sumr);
  return sum;
}

int main() {
  int n;
  std::cin >> n;
  for(int i = 1; i <= n; i++)
    scanf("%d",&a[i]);
  cout << fb(1,n) << " ";
  cout << cnt << '\n';
  return 0;
}

 

分治是解决最大问题的一种有效策略。对于一个规模为 $n$ 的问题,若该问题容易解决(如规模 $n$ 较小)则直接解决,否则将其分解为 $k$ 个规模较小的问题,这些问题互相独立且与原问题形式相同,递归地解决这些问题,然后将各个问题的解合并得到原问题的解[^1]。 使用分治解决最大问题的具体步骤如下: 1. **递归结束条件**:当序列被划分到只有一个元素时,最大就是这个元素本身。 2. **划分**:将原序列划分为左右两个序列。 3. **递归求解**:分别对左右序列递归调用求解最大的函数,得到左序列的最大 `leftsum` 序列的最大 `rightsum`。 4. **特殊情况处理**:计算跨越中间元素的最大。分别从中间元素开始向左右两边扩展,找到以中间元素为起点的左右两边的最大,将它们相加得到跨越中间元素的最大。 5. **合并结果**:比较 `leftsum`、`rightsum` 跨越中间元素的最大,取三者中的最大值作为原序列的最大。 以下是使用 Python 实现的代码示例: ```python def MaxSum(a, left, right): if left == right: return a[left] center = (left + right) // 2 leftsum = MaxSum(a, left, center) rightsum = MaxSum(a, center + 1, right) # 计算跨越中间元素的最大 s1 = 0 lefts = 0 for i in range(center, left - 1, -1): lefts += a[i] if lefts > s1: s1 = lefts s2 = 0 rights = 0 for i in range(center + 1, right + 1): rights += a[i] if rights > s2: s2 = rights crosssum = s1 + s2 return max(leftsum, rightsum, crosssum) # 测试代码 a = [-2, 11, -4, 13, -5, -2] print(MaxSum(a, 0, len(a) - 1)) ```
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