最大子序列和問題

給定整數A1,A2,...An(可能為負數),求子序列和最大值(如果所有整數為負數,則子序列和為0)。

窮舉法

int MaxSubsequenceSum2(const int A[], int N) {
    int MaxSum = 0;
    for (int i = 0; i < N; i++ ) {     /*1*/
        int ThisSum = 0;
        /* 
        內層循環 每次遍歷元素 然后計算從前面數值的和,
        然后比較,獲得以該元素為起點的最大值。
        */
        for (int j = i; j < N; j++ ) {  /*2*/
            ThisSum += A[j];
            if (ThisSum > MaxSum) {
                MaxSum = ThisSum;
            }
        }
    }
    return MaxSum;
}

畫了一個簡單的實例圖,輔助理解,主要是做兩次循環遍歷,內層遍歷是 以當前元素為起點,查找到最大子序列和,外層循環,尋找每次以每個元素為起點的最大值。這個方法時間復雜度O(n2)。


1

分治法

分治法的主要思想是把問題分成兩個大致相等的字問題,然后遞歸地對它們求解,這是“分”問題?!爸巍彪A段將兩個子問題的解合并到一起,再做些少量的附加工作,最后得到整個問題的解。

還是先上代碼。代碼有點長,需要慢慢看。

int MaxSubSum(const int A[], int Left, int Right) {
    int MaxLeftSum, MaxRightSum;
    int MaxLeftBorderSum, MaxRightBorderSum;
    int LeftBorderSum, RightBorderSum;
    
    // 基礎情況
    if (Left == Right) {
        if (A[Left] > 0) {
            return A[Left];
        } else {
            return 0;
        }
    }
    // 遞歸計算
    int Center = (Left + Right) / 2;
    MaxLeftSum = MaxSubSum(A, Left, Center);
    MaxRightSum = MaxSubSum(A, Center+1, Right);
    
    // 計算出中間部分向右 最大連續序列和
    MaxLeftBorderSum = 0;
    LeftBorderSum = 0;
    for (int i = Center; i >= Left; i--) {
        LeftBorderSum += A[i];
        if (LeftBorderSum > MaxLeftBorderSum) {
            MaxLeftBorderSum = LeftBorderSum;
        }
    }
    
    // 計算出中間部分向右 最大連續序列和
    MaxRightBorderSum = 0;
    RightBorderSum = 0;
    for (int i = Center+1; i <= Right; i++) {
        RightBorderSum += A[i];
        if (RightBorderSum > MaxRightBorderSum) {
            MaxRightBorderSum = RightBorderSum;
        }
    }
    
    // 獲得三個部分中最大值
    int max = MaxLeftSum > MaxRightSum ? MaxLeftSum : MaxRightSum;
    int borderMax = MaxLeftBorderSum + MaxRightBorderSum;
    max = max > borderMax ? max : borderMax;
    return max;
}

int MaxSubsequenceSum3(const int A[], int N) {
    return MaxSubSum(A, 0, N-1);
}

這個問題中,最大子序列和可能出現在三個位置。前半部分,后半部分,或者跨越前后部分。如果是跨越前后部分,那么肯定是從中間向左右兩邊的最大值的和。
算法大概有二個部分,一個基準條件,如果只剩下一個元素,則就是當前元素了,這也是遞歸必備的條件。第二部分是遞歸計算左邊最大值,右邊最大值,以及從中間向左和從中間向右的最大值(即跨越前后部分)和。


2

聯機算法

聯機算法,它只對數據進行一次掃描,一旦被讀入并處理,它就不需要被記憶。在任何時刻,算法都可以給出已經讀入的數據給出正確答案。

先展示代碼

int MaxSubsequenceSum4(const int A[], int N) {
    int ThisSum, MaxSum;
    ThisSum = MaxSum = 0;
    for (int i = 0; i < N; i++) {
        ThisSum += A[i];
        if (ThisSum > MaxSum) {
            MaxSum = ThisSum;
        } else if (ThisSum < 0) { /*1*/
            ThisSum = 0;
        }
    }
    return MaxSum;
}

核心思想:要求最大子序列和,那么前面部分序列的和如果小于0,那么包含該序列和肯定不是最大的(包含該序列,那么和肯定會減少)。

最后,最近開始認真的學習一遍算法部分,也嘗試著把學習的東西記錄下來,也是讓自己更好的理解。算是一個簡單的開篇,下篇寫寫排序部分,算是挖個坑。

參考

  • 數據結構與算法分析:C語言描述 2.4.3節
  • 算法導論
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