LeetCode刷题复盘笔记—一文搞懂动态规划之53. 最大子数组和问题(动态规划系列第三十五篇)

news2024/10/2 16:17:10

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:

  1. 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]。

  2. 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]);

  3. 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]。

  4. 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。

  5. 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:
在这里插入图片描述
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:
在这里插入图片描述
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!

  1. 确定dp数组(dp table)以及下标的含义
  2. 确定递推公式
  3. dp数组如何初始化
  4. 确定遍历顺序
  5. 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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