45.Maximum Subarray Difference-最大子数组差(中等题)

本文介绍了一种解决最大子数组差问题的方法,通过求出数组中所有可能的两个不重叠子数组A和B的和的差的绝对值|SUM(A)-SUM(B)|,并找出该差值的最大值。采用O(n)的时间复杂度和O(n)的空间复杂度完成算法实现。

最大子数组差

  1. 题目

    给定一个整数数组,找出两个不重叠的子数组A和B,使两个子数组和的差的绝对值|SUM(A) - SUM(B)|最大。
    返回这个最大的差值。

    注意事项
    子数组最少包含一个数

  2. 样例

    给出数组[1, 2, -3, 1],返回 6

  3. 挑战

    时间复杂度为O(n),空间复杂度为O(n)

  4. 题解

沿用42.Maximum Subarray II-最大子数组 II(中等题)的思路,求出左右子数组的最大值和最小值,再求差的最大绝对值。由于无法判断最大子数组和最小子数组分别出现在左边还是右边,所以需要将数组反转后再求一次,最后选出最大值。

public class Solution {
    /**
     * @param nums: A list of integers
     * @return: An integer indicate the value of maximum difference between two
     *          Subarrays
     */
    public int maxDiffSubArrays(int[] nums) {
        int a = getMaxAbs(nums);
        reverse(nums,0,nums.length-1);
        return Math.max(a,getMaxAbs(nums));
    }

    private int getMaxAbs(int[] nums) 
    {
        int size = nums.length;
        int[] left = new int[size];
        int[] right = new int[size];
        int max = Integer.MIN_VALUE;
        for(int i = 0,sum = 0; i < size; i++)
        {
            sum += nums[i];
            max = Math.max(max, sum);
            if(sum < 0)
            {
                sum = 0;
            }
            left[i] = max;
        }
        max = Integer.MAX_VALUE;
        for(int i = size - 1,sum = 0; i >= 0; i--)
        {
            sum += nums[i];
            max = Math.min(max, sum);
            if(sum > 0)
            {
                sum = 0;
            }
            right[i] = max;
        }
        max = Integer.MIN_VALUE;
        for(int i = 0; i < size - 1; i++)
        {
            max = Math.max(max, Math.abs(left[i] - right[i + 1]));
        }
        return max;
    }

    private void reverse(int[] arr, int start, int end)
    {
        while (start < end)
        {
            int temp = arr[end];
            arr[end--] = arr[start];
            arr[start++] = temp;
        }
    }
}

Last Update 2016.9.29

### 使用分治法求解最大子数组和问 #### 1.定义 给定一个可能包含负数的数组 \( A[low, \dots, high] \),目标是找到其和最大的非空连续子数组。此问被称为 **最大子数组**,而最终获得的子数组则被命名为 **最大子数组**。 为了利用分治法解决问,我们需要将原数组划分为更小的部分并分别处理这些部分中的最大子数组[^1]。 --- #### 2. 分治策略的核心思想 通过分治方法解决该问的关键在于将原始数组分成两半,并考虑三种情况下的潜在解决方案: - 左侧子数组最大子数组(完全位于左半部分)。 - 右侧子数组最大子数组(完全位于右半部分)。 - 跨越中点的最大子数组(一部分在左侧,另一部分在右侧)。 这三类子数组涵盖了所有可能性,因此只需要比较它们的结果即可得出全局最优解[^2]。 --- #### 3. 寻找跨越中点的最大子数组 对于跨越中点的情况,可以通过线性扫描的方式高效计算出来。具体来说,我们可以先固定中点位置 `mid`,然后逐步向两侧扩展以寻找最佳组合[^3]。 以下是具体的逻辑描述: - 首先从中间元素出发,尝试累加左边的所有元素直到达到局部最小值为止; - 接着重复上述过程针对右边区域执行相同操作; - 将这两个阶段所得结果相加以形成完整的跨边界序列总和。 这种方法的时间复杂度为 O(n),其中 n 表示当前考察范围内的数据量大小。 --- #### 4. 总体递归结构与伪代码表示 基于以上讨论,下面给出整个算法框架及其对应的伪代码形式: ```plaintext FIND-MAXIMUM-SUBARRAY(A, low, high) if high == low return (low, high, A[low]) // Base case: only one element. mid = floor((low + high)/2) (left_low, left_high, left_sum) = FIND-MAXIMUM-SUBARRAY(A, low, mid) (right_low, right_high, right_sum) = FIND-MAXIMUM-SUBARRAY(A, mid+1, high)[^2] (cross_low, cross_high, cross_sum) = FIND-MAX-CROSSING-SUBARRAY(A, low, mid, high)[^3] if left_sum >= right_sum and left_sum >= cross_sum return (left_low, left_high, left_sum) elseif right_sum >= left_sum and right_sum >= cross_sum return (right_low, right_high, right_sum) else return (cross_low, cross_high, cross_sum) ``` 这里需要注意的是,在每次调用过程中都需要重新评估三个候选者之间的关系以便决定返回哪一个作为本次迭代的最佳选项。 --- #### 5. 时间复杂度分析 由于每层递归都将输入规模减半,并且额外花费O(n) 的工作用于查找跨越分割点的最大子数组,整体时间复杂度为 T(n)=T(⌊n/2⌋)+T(⌈n/2⌉)(n), 解得 T(n)(n log⁡n). 这意味着即使面对较大的数据集时也能保持相对良好的性能表现. ---
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