最大连续子序列

本文介绍了一种高效算法来解决寻找数组中最大连续子序列的问题,包括O(n)和O(nlogn)复杂度的解决方案。通过递归划分数组并计算贯穿左右的最大子序列,实现快速求解。

leetcode题目:
Find the contiguous subarray within an array (containing at least one number) which has the largest sum.

For example, given the array [−2,1,−3,4,−1,2,1,−5,4],
the contiguous subarray [4,−1,2,1] has the largest sum = 6.

一个O(nlogn)复杂度的算法,由下面的等式可以递归求解:

max(start,end) = max( max(start,mid), max(mid+1,end), 贯穿左右的子序列)

那问题来了,贯穿左右的子序列怎么求,既然是贯穿的,那么左边的子序列最后一个元素一定是在mid位置上的,右边的子序列第一个元素一定是mid+1位置上的,所以,求出从mid开始往左的最大值和从mid+1开始往右的最大值,加在一起,就是贯穿左右的最大子序列。
代码如下:

    public int maxSubArray(int[] nums) {

        int len = nums.length;
        return countSum(nums,0,len-1);
    }

    public int countSum(int[] nums,int start,int end){

        if(start == end){
            return nums[start];
        }

        int mid = (start+end)/2;

        int before = countSum(nums,start,mid);
        int back = countSum(nums,mid+1,end);

        // count max cross sub array

        int pre_max = nums[mid], post_max = nums[mid+1], sum=0,i;
        for(i=mid;i>= start;i--){
            sum = sum+nums[i];
            if(sum >pre_max){
                pre_max = sum;
            }
        }
        sum = 0;
        for(i=mid+1;i<=end;i++){
            sum = sum+nums[i];
            if(sum > post_max){
                post_max = sum;
            }
        }
        sum = pre_max + post_max;


        return max(before,back,sum);
    }

    public int max(int i,int j,int k){
        int max;
        if(i>j){
            max = i;
        }
        else{
            max = j;
        }
        if(max > k){
            return max;
        }else{
            return k;
        }
    }

还有一个O(n)的算法:

因为题目要求最少包含一个元素,那么必须考虑全是负数时不能返回0,所以要找到数组中最大的数(当然如果数列中有正数,那么这个最大的数也用不上)。
O(n)的理论如下:如果i~j的和是小于0的,那么最大子序列一定不包含i~j。
遍历数组,计算sum,如果小于0从新开始,并记录遍历过程中的最大和。

    public int maxSubArray(int[] nums){

        int len = nums.length;
        int i, sum = 0,maxSum=0,max=nums[0];
        for(i=0;i<len;i++){
            if(nums[i]>max){
                max = nums[i];
            }
            sum = sum+nums[i];
            if(sum>maxSum){
                maxSum = sum;
            }
            else{
                if(sum< 0){
                    sum = 0;
                }
            }
        }
        // if all the num<0, return the max num
        if(max<0){
            return max;
        }
        return maxSum;
    }

另外,leetcode给出的时间很接近,完全不符合nlogn和n的复杂度对比,可能他们的test case 情况分布太广造成的

Maximum Subarray Accepted 364 ms java
Maximum Subarray Accepted 340 ms java

最大连续子序列和问题是指给定一个有`n`(`n >= 1`)个整数的序列,求出其中最大连续子序列的和,规定一个序列的最大连续子序列和至少为 0。使用 C++ 解决该问题有多种方法,以下是两种常见的方法: ### 蛮力法 从开头直接累加,如果子序列的和小于或者等于 0 了,则这个元素之前的序列都不要,子序列从下一个元素开始重新求和。示例代码如下: ```cpp #include<iostream> using namespace std; int main() { // 用数组存放序列 int arr[] = { 2,3,-5,11,-4,13,-9 }; // 求出序列的长度 int length = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); // 存放最大子序列和 int sum = 0, maxsum = 0; for (int i = 0; i < length; i++) { sum = sum + arr[i]; if (sum <= 0) { sum = 0; } if (sum > maxsum) { maxsum = sum; } } cout << "最大子序列和为:" << maxsum; return 0; } ``` ### 分治法 分治法的思路是将问题划分成子问题,分别求解子问题,最后合并子问题的解得到原问题的解。具体步骤为:递归计算整个位于前半部分的最长连续子序列;递归计算整个位于后半部分的最长连续子序列;通过两个连续循环,计算从前半部分开始但是在后半部分结束的最长连续子序列的和;选择上述 3 个子问题中的最大值,作为整个问题的解。示例代码如下: ```cpp #include<bits/stdc++.h> using namespace std; // 三个数最大值 long Max3(long a, long b, long c) { return max(max(a, b), c); } // 求序列 a[s...t] 中最大连续子序列 long MaxSum(int a[], int s, int t) { long maxlsum, maxrsum, maxl = 0, maxr = 0; if (s == t) { // 序列只有 1 个元素 return max(a[s], 0); } int mid = (s + t) / 2; // 左最大子序列和 maxlsum = MaxSum(a, s, mid); // 右最大子序列和 maxrsum = MaxSum(a, mid + 1, t); long templsum = 0; // 求左边加上 mid 元素构成的序列和 for (int i = mid; i >= s; i--) { templsum += a[i]; if (templsum > maxl) { maxl = templsum; } } long temprsum = 0; // 求右边构成的序列和 for (int i = mid + 1; i <= t; i++) { temprsum += a[i]; if (temprsum > maxr) { maxr = temprsum; } } return Max3(maxlsum, maxrsum, maxl + maxr); } int main() { int a[] = {-2, 11, -4, 13, -5, -2}; int n = sizeof(a) / sizeof(*a); cout << "最大连续子序列和为" << MaxSum(a, 0, n - 1); return 0; } ```
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