今日主要总结一下动态规划的一道题目,53. 最大子数组和
题目:53. 最大子数组和
Leetcode题目地址
题目描述:
给你一个整数数组 nums ,请你找出一个具有最大和的连续子数组(子数组最少包含一个元素),返回其最大和。
子数组 是数组中的一个连续部分。
示例 1:
输入:nums = [-2,1,-3,4,-1,2,1,-5,4]
输出:6
解释:连续子数组 [4,-1,2,1] 的和最大,为 6 。
示例 2:
输入:nums = [1]
输出:1
示例 3:
输入:nums = [5,4,-1,7,8]
输出:23
提示:
1 <= nums.length <= 105
-104 <= nums[i] <= 104
方法一、动态规划解法
动规五部曲如下:
-
确定dp数组(dp table)以及下标的含义
dp[i]:包括下标i之前的最大连续子序列和为dp[i]。 -
确定递推公式
dp[i]只有两个方向可以推出来:
dp[i - 1] + nums[i],即:nums[i]加入当前连续子序列和
nums[i],即:从头开始计算当前连续子序列和
一定是取最大的,所以dp[i] = max(dp[i - 1] + nums[i], nums[i]); -
dp数组如何初始化
从递推公式可以看出来dp[i]是依赖于dp[i - 1]的状态,dp[0]就是递推公式的基础。
dp[0]应该是多少呢?
根据dp[i]的定义,很明显dp[0]应为nums[0]即dp[0] = nums[0]。 -
确定遍历顺序
递推公式中dp[i]依赖于dp[i - 1]的状态,需要从前向后遍历。 -
举例推导dp数组
以示例一为例,输入:nums = [-2,1,-3,4,-1,2,1,-5,4],对应的dp状态如下:
注意最后的结果可不是dp[nums.size() - 1]! ,而是dp[6]。
在回顾一下dp[i]的定义:包括下标i之前的最大连续子序列和为dp[i]。
那么我们要找最大的连续子序列,就应该找每一个i为终点的连续最大子序列。
所以在递推公式的时候,可以直接选出最大的dp[i]。
C++代码
class Solution {
public:
int maxSubArray(vector<int>& nums) {
if(nums.size() == 1) return nums[0];
vector<int>dp(nums.size(), 0);
dp[0] = nums[0];
int res = dp[0];
for(int i = 1; i < nums.size(); i++){
dp[i] = max(dp[i - 1] + nums[i], nums[i]);
if(dp[i] > res){
res = dp[i];
}
}
return res;
}
};
时间复杂度:
O
(
n
)
O(n)
O(n)
空间复杂度:
O
(
n
)
O(n)
O(n)
方法二、 贪心解法
贪心贪的是哪里呢?
如果 -2 1 在一起,计算起点的时候,一定是从1开始计算,因为负数只会拉低总和,这就是贪心贪的地方!
局部最优:当前“连续和”为负数的时候立刻放弃,从下一个元素重新计算“连续和”,因为负数加上下一个元素 “连续和”只会越来越小。
全局最优:选取最大“连续和”
局部最优的情况下,并记录最大的“连续和”,可以推出全局最优。
从代码角度上来讲:遍历nums,从头开始用count累积,如果count一旦加上nums[i]变为负数,那么就应该从nums[i+1]开始从0累积count了,因为已经变为负数的count,只会拖累总和。
这相当于是暴力解法中的不断调整最大子序和区间的起始位置。
那有同学问了,区间终止位置不用调整么? 如何才能得到最大“连续和”呢?
区间的终止位置,其实就是如果count取到最大值了,及时记录下来了。例如如下代码:
if (count > result) result = count;
这样相当于是用result记录最大子序和区间和(变相的算是调整了终止位置)。
如动画所示:
红色的起始位置就是贪心每次取count为正数的时候,开始一个区间的统计。
C++代码
class Solution {
public:
int maxSubArray(vector<int>& nums) {
// int res = nums[0]; 初始化方法一
int res = INT_MIN; //初始化方法二
int count = 0;
for(int i = 0; i < nums.size(); i++){
count += nums[i];
if(count > res){
res = count;
}
if(count <= 0) count = 0;
}
return res;
}
};
时间复杂度:
O
(
n
)
O(n)
O(n)
空间复杂度:
O
(
1
)
O(1)
O(1)
总结
动态规划
英文:Dynamic Programming,简称DP,如果某一问题有很多重叠子问题,使用动态规划是最有效的。
动态规划中每一个状态一定是由上一个状态推导出来的,这一点就区分于贪心,贪心没有状态推导,而是从局部直接选最优的
对于动态规划问题,可以拆解为如下五步曲,这五步都搞清楚了,才能说把动态规划真的掌握了!
- 确定dp数组(dp table)以及下标的含义
- 确定递推公式
- dp数组如何初始化
- 确定遍历顺序
- 举例推导dp数组
这篇文章主要总结了分别使用动态规划和贪心算法两种方法解决了53. 最大子数组和问题,动态规划中依然是使用动规五部曲,做每道动态规划题目这五步都要弄清楚才能更清楚的理解题目!
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