演算法題 最大連續子序和

2021-09-24 06:45:49 字數 1932 閱讀 4068

一道動態規劃題的分析。

題目** leetcode——53.最大子序和

給定乙個整數陣列 nums ,找到乙個具有最大和的連續子陣列(子陣列最少包含乙個元素),返回其最大和。

示例:

輸入: [-2,1,-3,4,-1,2,1,-5,4],

輸出: 6

解釋: 連續子陣列 [4,-1,2,1] 的和最大,為 6。

複製**

高階: 如果你已經實現複雜度為 o(n) 的解法,嘗試使用更為精妙的分治法求解。

在分析如何使用動態規劃求解該問題前,我們先簡單了解下什麼是什麼是動態規劃(dp)。

動態規劃的適合解決的問題應該符合「乙個模型三個特徵」

乙個模型指的是多階段決策最優解模型。指的是要經歷多個決策階段,每個決策對應多個狀態。然後我們從中找出一組能夠產生最優解的決策序列。

最優子結構

後面的決策可以通過前面的決策推導出。比如說最經典的0-1揹包問題,我們依次把物品放入揹包(或不放入)揹包。當進行到第 n 次決策(是否將第 n 個物品放入書包)時,前面的第 n - 1 已經決定好的多種決策(前面不同決策序列最終在 n - 1 次決策時給出了所有可以達到的重量),不會因為第 n 次的決策發生改變。

無後效性

一旦某個階段 a 的決策結束後,後面階段進行決策時,就不用考慮到階段 a 是如何推導出來的。我們只需要用到它的最終得到的決策序列。

重複子問題

不同的決策序列,在到達第 n 次決策結束後,可能會產生重複的狀態。比如假設依次要放入揹包的物品的重量分別為 2、4、2、3。 我們進入決策是否放入第3個物品的階段時,就會出現 「放入第1、3個物品和只放入第2個物品的兩組決策序列達到相同的重量」。這就是重複的狀態,可能會發生也可能不會發生。

1. 狀態轉移表法

動態規劃能解決的問題,都可以用回溯法的暴力搜尋解決。所以我們可以先用簡單的回溯演算法去試著去解決,從中找到規律,畫出遞迴樹。

當我們發現重複子問題時,一是可以使用回溯+「備忘錄」的方法。所謂備忘錄,就是我們會把 f(n) 的結果用雜湊表儲存起來(回溯經常用到遞迴函式),當又一次呼叫 f(n) 時,就直接取出快取起來的結果,以減少重複計算。二是這裡說的狀態表轉移表法

通常狀態表是二維度的。每行代表著每乙個階段決策後的多個狀態。這個二維陣列會一行一行地進行填充,直到達到滿足結束狀態的情況(比如0-1揹包問題就是重量剛好達到揹包最大承重,或者n個物品都進行了決策,即完成了第 n 次決策)。這時我們只需要從最終的階段找出最終結果即可(揹包問題是從後往前找出乙個重量最大的值)

2. 狀態轉移方程法

關鍵在於找出狀態轉移方程。根據最優子結構,寫出遞迴公式,也就是所謂的狀態轉移方程。

那麼我們開始著手分析問題了。

首先我們試著用狀態轉移表法來做這道題。

以 [-2,1,-3,4,-1,2,1,-5,4] 為例進行分析,我們畫個遞迴樹分析一下。

(i, sum)。i 代表 第 i 個階段的決策,具體做的決策是:是選擇當前的元素為新的子陣列的起點,還是讓當前元素作為原來子陣列的後繼陣列元素。具體邏輯如下圖:

每個階段我們都會拿到決策後的兩種連續子陣列的和,我們會把它們和上一次階段的最大和比較,取出最大的值。

這裡要注意的是,當我們要選擇決策後的兩種情況的其中一種情況和大的情況,進行下一次遍歷,另一種情況是不需要進行下次的遞迴的。因為總和小的情況下的陣列,和後面的陣列相加時,必然比總和大的情況的總和要小,所以不需要進行接下來的遞迴。

var maxsubarray = function(nums) 

return max;

};複製**

演算法 最大連續子陣列和

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