19. 算法之分治算法

news2024/11/20 18:26:37

1. 概念

分治算法(divide and conquer)的核心思想其实就是四个字,分而治之 ,也就是将原问题划分成n个规模较小,并且结构与原问题相似的子问题,递归地解决这些子问题,然后再合并其结果,就得到原问题的解

1.1 分治和递归的区别

分治算法是一种处理问题的思想,递归是一种编程技巧
分治算法的递归实现中,每一层递归都会涉及这样三个操作:

分解:将原问题分解成一系列子问题
解决:递归地求解各个子问题,若子问题足够小,则直接求解
合并:将子问题的结果合并成原问题

比如:
将字符串中的小写字母转化为大写字母
“abcde”转化为"ABCDE"
我们可以利用分治的思想将整个字符串转化成一个一个的字符处理
在这里插入图片描述

2. 经典问题

求X”问题
比如: 2的10次幂
一般的解法是循环10次

/**
 * @Description: 普通解法
 * @Author: wanlong
 * @Date: 2023/6/16 15:47
 * @param x:
 * @param n:
 * @return int
 **/
public static int commpow(int x, int n) {
    int s = 1;
    while (n >= 1) {
        s *= x;
        n--;
    }
    return s;
}

该方法的时间复杂度是:O(n)
采用分治法
2^10拆成
在这里插入图片描述

/**
* @Description:分治解法
* @Author: wanlong
* @Date: 2023/6/16 15:47
* @param x:
* @param n:
* @return int
**/
public static int dividpow(int x, int n) {
   //递归结束 任何数的1次方都是它本身
   if (n == 1) {
       return x;
   }
   //每次分拆成幂的一半
   int half = dividpow(x, n / 2);
   //偶数
   if (n % 2 == 0) {
       return half * half;
   } else {
       return half * half * x;
   }
}

3. 时间复杂度

根据拆分情况可以是O(n)或O(logn)

4. 优缺点

优势:将复杂的问题拆分成简单的子问题,解决更容易,另外根据拆分规则,性能有可能提高。
劣势:子问题必须要一样,用相同的方式解决

5. 适用场景

分治算法能解决的问题,一般需要满足下面这几个条件:

  1. 原问题与分解成的小问题具有相同的模式;
  2. 原问题分解成的子问题可以独立求解,子问题之间没有相关性,这一点是分治算法跟动态规划的明显区别
  3. 具有分解终止条件,也就是说,当问题足够小时,可以直接求解;
  4. 可以将子问题合并成原问题,而这个合并操作的复杂度不能太高,否则就起不到减小算法总体复杂度的效果了。

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