问题:有一个数组,求出一个连续的子数组,使这个子数组在所有子数组中各项和最大。
例如:原数组是[1,4,-6,5,2,-1],则求出的子数组应该是[5,2],和为7。因为如果是[5,2,-1],则相加的和是6。
解法有很多,本文只聊动态规划的解法。
事实上,网上能搜到的很多子数组动态规划的解法文章,但是大部分都写的很简略,不适合新手理解。因此本文将循序渐进,一步一步往后讲,内容可能较长,但是很容易理解。
第一步,拆解问题
对于多个可变化的条件,固定多个条件,只留一个变化的条件
题目的要求是:求数组第0项——第n项(n表示数组长度)的最大子集,显然,子集的起始位置和结束位置都不固定的,有两个可变化的条件
我们先固定一端——结束位置,那么问题就变成了
1、当结束位置是0时,求最大子集,这时只需求出起始位置即可
2、当结束位置是1时,求最大子集
.....
n +1、当结束位置是n时,求最大子集
最后,把1,2..., n+1的结果放在一起对比,取出最大的一项即可
第二步,求解其中的一步
我们定义一个函数,getMaxData(end)
函数的作用是:求以end结尾时的最大子集
函数返回值为:一个对象,对象的value属性表示最大值,startIndex表示起始位置,例如{ value:100, startIndex:5 }
显然分两种情况
1、end=0时,只有一项,最大和也是这一项,起始位置也是0。 即{ value:arr[0], startIndex:0}
2、end > 0时,求出[0, end], [1,end],....[end - 1, end], [end] 各个数组的和,取最大的即可。
以上是标准的做法,事实上就是把所有情况都求解,取最大的一个,相信代码都会写。
第一步优化
对于上述第二步,当end > 0时,可以优化为两种情况
1、如果 getMaxData(end - 1)的值大于0,那么getMaxData(end - 1) + arr[end] 显然是最getMaxData(end)的最优解
2、如果 getMaxData(end - 1)的值小于0, getMaxData(end)的解是 arr[end] 自身。因为只要结果带上end - 1,即[x, y, z, ..., end -1, end] 那么x--end -1的和必然小于0,此时再加上end的值,肯定比end自身小。
具体代码如下
当完成getMaxData(end)函数中,计算0-n所有getMaxData的结果,取出最大的一项即可。代码如下
此时,已求解出最终结果,但是仍可进一步优化。往下看
填表
例如,求解 getMaxData(3) 要用到getMaxData(2),求解getMaxData(4)要用到getMaxData(3),从而又要用到getMaxData(2)
先从getMaxData(2)求解,把getMaxData(2)保存起来,以后要用到时,直接取出结果即可,修改后的代码如下
红框是新增的内容,第1处的作用是,如果缓存中有end结尾的结果,直接返回,第2处是检查是否存在递归。
从输出结果看,确实没有递归,因为当求第n项时,第n-1项的结果已经先求出来并缓存了。
最后的验证
为了验证性能,我们做一个实验,把数组增大400倍。
当使用缓存时,耗时2毫秒
如果不把结果放到缓存中,耗时为169毫秒。可见填表对性能的优化是很大的,这也是动态规划有别于遍历的重要一环。