数据结构与算法Day31----分治算法

一、分治算法:

1、核心思想:

  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。

2、分治算法的每一层递归都会涉及到的操作:

  • 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

3、能用分治算法能解决的问题的前提条件:

  • 原问题与分解成的小问题具有相同的模式;

  • 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;

  • 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;

  • 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。

二、分治算法实战分析:

1、 求出一组数据的有序对个数或者逆序对个数:

  将数组分成前后两半A1和A2,分别计算A1和A2的逆序对个数K1和K2,然后再计算A1与A2之间的逆序对个数K3。那数组A的逆序对个数就等于K1+K2+K3。计算出两个子问题A1与A2之间的逆序对个数可以通过归并排序,在这个合并的过程中,就可以计算这两个小数组的逆序对个数了。每次合并操作,都计算逆序对个数,把这些计算出来的逆序对个数求和,就是这个数组的逆序对个数了。



代码:

private int num = 0; // 全局变量或者成员变量
public int count(int[] a, int n) {//主函数,返回共有多少个逆序对
    num = 0;
    mergeSortCounting(a, 0, n-1);
    return num;
}

private void mergeSortCounting(int[] a, int p, int r) {//归并排序
    if (p >= r) return;
    int q = (p+r)/2;
    mergeSortCounting(a, p, q);
    mergeSortCounting(a, q+1, r);
    merge(a, p, q, r);
}

private void merge(int[] a, int p, int q, int r) {//计算共有多少个逆序对
    int i = p, j = q+1, k = 0;
    int[] tmp = new int[r-p+1];
    while (i<=q && j<=r) {
        if (a[i] <= a[j]) {
            tmp[k++] = a[i++];
        } else {
            num += (q-i+1); // 统计p-q之间,比a[j]大的元素个数
            tmp[k++] = a[j++];
        }
    }
    while (i <= q) { // 处理剩下的
        tmp[k++] = a[i++];
    }
    while (j <= r) { // 处理剩下的
        tmp[k++] = a[j++];
    }
    for (i = 0; i <= r-p; ++i) { // 从tmp拷贝回a
        a[p+i] = tmp[i];
    }
}
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