中国大学MOOC-陈越、何钦铭-数据结构-2018秋 01-复杂度1 最大子列和问题 (20 分)

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01-复杂度1 最大子列和问题 (20 分)

给定K个整数组成的序列{ N​1​​, N​2​​, ..., N​K​​ },“连续子列”被定义为{ N​i​​, N​i+1​​, ..., N​j​​ },其中 1≤i≤j≤K。“最大子列和”则被定义为所有连续子列元素的和中最大者。例如给定序列{ -2, 11, -4, 13, -5, -2 },其连续子列{ 11, -4, 13 }有最大的和20。现要求你编写程序,计算给定整数序列的最大子列和。

本题旨在测试各种不同的算法在各种数据情况下的表现。各组测试数据特点如下:

  • 数据1:与样例等价,测试基本正确性;
  • 数据2:102个随机整数;
  • 数据3:103个随机整数;
  • 数据4:104个随机整数;
  • 数据5:105个随机整数;

输入格式:

输入第1行给出正整数K (≤100000);第2行给出K个整数,其间以空格分隔。

输出格式:

在一行中输出最大子列和。如果序列中所有整数皆为负数,则输出0。

输入样例:

6
-2 11 -4 13 -5 -2

输出样例:

20

 思路:这个题并不难,主要是想让大家理解一下算法不同时间复杂度不同。本题题解中给出的四种代码,方法都没错,就是时间复杂度不同,第一种超时了,后三种都可以过测试样例。

第一种就是全部枚举遍历,时间复杂度O(N三次方)

第二种也差不多,但做了部分改进,时间复杂度O(N平方)

第三种采用分治思想,所谓分治,就是将原问题拆分为若干个小问题。分别解决并将结果合而治之1,这种方法用递归实现非常方便。就此题而言,可以理解为:把原序列一分为二,那么最大子列或者在左边,或者在右边,或者是横跨中分线的一段。

分治法的概要描述:

a:将序列从中分为左右两个子序列

b:递归求得两个子序列的最大和

c:从中分点分别向左右两边扫描,找出跨过分界线的最大子列和

d:将这三个取最大值

算法复杂度为O(N*logN)

第四种:在线处理

所谓在线”的意思是指每输入一个数据就进行即时处理,在任何一个地方终止输入,算法都能正确给出当前的解

这种代码可读性较差,但非常的快

时间复杂度为O(N)

具体代码实现:

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

#define maxn 100000
//算法一
int MaxSubseqSum1(int List[],int n)
{
    int ThisSum,MaxSum = 0;
    for(int i = 0;i < n;i++)//i是子列左端位置
    {
        for(int j = i;j < n;j++)//j是子列右端位置
        {
            ThisSum = 0;//Thissum是List[i]到List[j]的子列和
            for(int k = i;k <= j;k++)
            {
                ThisSum += List[k];
            }
            if(ThisSum > MaxSum)
                MaxSum = ThisSum;
        }
    }
    return MaxSum;
}
//算法二:
int MaxSubseqSum2(int List[],int n)
{
    int ThisSum,MaxSum = 0;
    for(int i = 0;i < n;i++)
    {
        ThisSum = 0;
        for(int j = i;j < n;j++)
        {
            ThisSum += List[j];
            if(ThisSum > MaxSum)
                MaxSum = ThisSum;
        }
    }
    return MaxSum;
}
//算法3:
int Max3( int A, int B, int C )
{                                                           /* 返回3个整数中的最大值 */
    return A > B ? A > C ? A : C : B > C ? B : C;
}

int DivideAndConquer( int List[], int left, int right )
{                                                           /* 分治法求List[left]到List[right]的最大子列和 */
    int MaxLeftSum, MaxRightSum;                          /* 存放左右子问题的解 */
    int MaxLeftBorderSum, MaxRightBorderSum;              /*存放跨分界线的结果*/

    int LeftBorderSum, RightBorderSum;
    int center, i;

    if( left == right )                                     /* 递归的终止条件,子列只有1个数字 */
    {
        if( List[left] > 0 )  return List[left];
        else return 0;
    }

    /* 下面是"分"的过程 */
    center = ( left + right ) / 2;                          /* 找到中分点 */
    /* 递归求得两边子列的最大和 */
    MaxLeftSum = DivideAndConquer( List, left, center );
    MaxRightSum = DivideAndConquer( List, center+1, right );

    /* 下面求跨分界线的最大子列和 */
    MaxLeftBorderSum = 0; LeftBorderSum = 0;
    for( i=center; i>=left; i-- )                            /* 从中线向左扫描 */
    {
        LeftBorderSum += List[i];
        if( LeftBorderSum > MaxLeftBorderSum )
            MaxLeftBorderSum = LeftBorderSum;
    }                                                       /* 左边扫描结束 */

    MaxRightBorderSum = 0; RightBorderSum = 0;
    for( i=center+1; i<=right; i++ )                     /* 从中线向右扫描 */
    {
        RightBorderSum += List[i];
        if( RightBorderSum > MaxRightBorderSum )
            MaxRightBorderSum = RightBorderSum;
    }                                                       /* 右边扫描结束 */

    /* 下面返回"治"的结果 */
    return Max3( MaxLeftSum, MaxRightSum, MaxLeftBorderSum + MaxRightBorderSum );
}
/*此函数用于保持接口相同,算法3参考老师的代码*/
int MaxSubseqSum3( int List[], int N )
{                                                           /* 保持与前2种算法相同的函数接口 */
    return DivideAndConquer( List, 0, N-1 );
}



//算法4
//在线处理
int MaxSubseqSum4(int A[],int N)
{
    int ThisSum,MaxSum;
    int i;
    ThisSum=MaxSum=0;
    for(i=0;i<N;i++)
    {
        ThisSum+=A[i];              /*向右累加*/
        if(ThisSum>MaxSum)
        {
            MaxSum=ThisSum;         /*发现更大和则更新当前结果*/
        }
        else if(ThisSum<0)          /*如果当前子列和为负*/
        {
            ThisSum=0;              /*则不可能使后面的部分和增大,抛弃之*/
        }
    }
    return MaxSum;
}
/*“在线”的意思是指每输入一个数据就进行即时处理,在任何一个地方
终止输入,算法都能正确给出当前的解*/



int main()
{
    int n;
    int ss[maxn] = {0};
    cin>>n;
    for(int i = 0;i < n;i++)
    {
        cin>>ss[i];
    }
    //cout<<MaxSubseqSum1(ss,n)<<endl;
    //cout<<MaxSubseqSum2(ss,n)<<endl;
    //cout<<MaxSubseqSum3(ss,n)<<endl;
    cout<<MaxSubseqSum4(ss,n)<<endl;
}

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