給定一個整數陣列,找出總和最大的連續數列,並返回總和。
題目:給定一個整數陣列,找出總和最大的連續數列,並返回總和。
這個題目初看不會,看了解答還是不會,又看了解答終於想明白了,關鍵點就一個 連續數列
什麼叫做連續數列,就是連在一起的資料。
例如有一個數列,我們要找其中連續的子序列,假設-1是我們最大連續子序列的最後一個數字,然後我們求出以這個數字為結尾的所有的連續的子序列,然後把每一個子序列求和
最後元素 | 後 | 面 | 不 | 管 | 子序列和 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
原始序列 | -2 | 1 | -3 | 4 | -1 | 2 | 1 | -5 | 4 | |
子序列1 | -1 | -1 | ||||||||
子序列2 | 4 | -1 | 3 | |||||||
子序列3 | -3 | 4 | -1 | 0 | ||||||
子序列4 | 1 | -3 | 4 | -1 | 1 | |||||
子序列5 | -2 | 1 | -3 | 4 | -1 | -1 |
然後我們再假設2是最大連續子序列的最後一個元素,再來求一遍每個子序列的和
最後元素 | 面 | 不 | 管 | 子序列和 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
原始序列 | -2 | 1 | -3 | 4 | -1 | 2 | 1 | -5 | 4 | |
子序列1 | 2 | 2 | ||||||||
子序列1 | -1 | 2 | 1 | |||||||
子序列2 | 4 | -1 | 2 | 5 | ||||||
子序列3 | -3 | 4 | -1 | 2 | -2 | |||||
子序列4 | 1 | -3 | 4 | -1 | 2 | 3 | ||||
子序列5 | -2 | 1 | -3 | 4 | -1 | 2 | 1 |
有點感覺了吧,這其實就是把所有連續的子序列全部羅列一邊,然後求出所有的連續的子序列的和。
class Solution:
def maxSubArray(self, nums: List[int]) -> int:
if nums == []:
return 0
dp = []
for end in range(1 ,len(nums)):
for start in reversed(range(end+1)):
dp.append(sum(nums[start:end])+nums[end])
return max(dp + nums)
同樣的我們也可以以某個元素為開始計算連續子序列的和。
動態規劃
緊接著就是我們的動態規劃出場了,其實有點經驗的人看到這個題目就知道使用動態規劃,只是轉移方程不會寫。
加入我們已經知道以第i-1為結尾的最大子序列和
dp[i-1] | dp[i] | 子序列和 | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
原始序列 | -2 | 1 | -3 | 4 | -1 | 2 | 1 | -5 | 4 | |
子序列1 | -2 | 1 | -3 | 4 | -1 | 3 | ||||
子序列2 | -2 | 1 | -3 | 4 | -1 | 2 | 5 |
因為是連續的(包含nums[i]以及前面的)所以直接可以知道dp[i] = dp[i-1]+nums[i],這裡有一個很有趣的地方
dp[i-1] | nums[i] | 要不要加上 |
---|---|---|
正 | 正 | 都是正的加上肯定變大啊,跟前面的子序列連上變成更長的子序列 |
正 | 負 | 前面是正的,趕快加上前面的連續子序列,讓自己變的大一點 |
負 | 負 | 本來就是負的了,再加上dp[i-1]的負數就更小了,不加,獨立門戶,自己就是連續子序列 |
負 | 正 | 自己是正的,為什麼要跟前面的負數連在一起,獨立門戶,自己就是連續子序列 |
哈哈,我們們的轉移方程就出現了,加上去比自己大,那就加上,如果加上去比自己還小了,肯定就不加了啊
class Solution:
def maxSubArray(self, nums: List[int]) -> int:
if nums == []:
return 0
for i in range(1 ,len(nums)):
nums[i] = max(nums[i-1]+nums[i],nums[i])
return max(nums)
這個問題還可以更精簡,如果前面是正的,我們們就加上,如果前面是負的,那麼當前的最大子序列和就是自身nums[i]
class Solution:
def maxSubArray(self, nums: List[int]) -> int:
if nums == []:
return 0
res,s = -float('inf'),0
for v in nums:
s += v
res = max(res,s)
if(s < 0): s = 0
return res
分治法
其實做這個題目我就是想要學習一下分治演算法,沒想到前面寫了這麼多。分治求解的思想非常的簡單,我們的連續子序列有三種可能
- 和最大的子序列存在我們整個序列的左側
- 和最大的子序列存在我們整個序列的左側
- 橫跨序列左半部分和右半部分:也就是說,中間這個數字是左邊子序列的結尾,是右邊子序列的開始,我們算一下以這個數字開始和結尾的左右子序列最大和,然後求和即可,說起來有點繞,看圖
比較三者的大小,最大者即為所求的最大子序列和
左邊 | 中間 | 右邊 | 最大和 |
---|---|---|---|
最大子序列子這邊 max_left | max_left | ||
以v結尾的和最大的子序列 max_v_left | v | 以v開始的和最大的子序列 max_v_right | max_v_left + v + max_v_right |
最大子序列子這邊 max_right | max_right |
整體就是這個樣子的,然後我們們寫一個虛擬碼試試
def maxSubArray(nums):
l,r = 0,len(nums)
mid = (l+r) // 2
# 最大和子序列在左側
max_left = maxSubArray(nums[:mid])
# 最大和子序列在右側
max_right = maxSubArray(nums[mid:])
# # 最大和子序列兩側都包含元素
# 首先計算以mid為結尾的左側最大子序列的和,這個最開始的那種方法一模一樣啊
# 即,一個一個元素增加求每一個子序列的和
left_res,right_res = 0,0
left_max,rigth_max = -float('inf'),-float('inf')
# 以mid結束的前面所有連續子序列的和,求其中的最大(這裡是去除了mid的值,要不然這裡會被計算一次)
for v in reversed(nums[:mid]):
left_res += v
left_max = max(left_max,left_res)
# 以mid開始的前面所有連續子序列的和,求其中的最大 (然後這裡還會被計算一次,所以上面去掉了mid)
for v in nums[mid:]:
right_res += v
rigth_max = max(rigth_max,right_res)
max_mid = left_max + rigth_max
return max(max_left,max_right,max_mid)
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