分治法(求最大子序列和)

 1 //求出最大子序列 4 ,-3,5,-2,-1,2,6,-2 
 2 #include <stdio.h>
 3 int max (int a,int b,int c)
 4 {
 5     int ret;
 6     if(a > b)
 7     {
 8         ret = a;
 9     }else
10     if(a <= b)
11     {
12         ret = b;
13     }
14     if(ret >= c)
15     return ret;
16     else
17     return c;
18 }
19  int Findmaxsum(int box[],int size,int left,int right)      //参数(数组名,数组大小,左边界,右边界)
20 {
21     int mid = (right + left) / 2;
22     if(left == right)                                        //分治递归要注意出口条件
23     {
24         return box[left];
25     }
26     int leftsum = Findmaxsum(box,size,left,mid );           //求出左半区最大子序列和 ,要有递归信任,不要纠结层层深入,假设该函数是正确的。 
27     int rightsum = Findmaxsum(box,size,mid + 1,right);       //求出右半区最大子序列和
28     int leftbordersum = 0;
29     int rightbordersum = 0;
30     int i;
31     int thissum = 0;
32     for(i = mid + 1 ;i <= right;i++)                         //求出含有中间分界点的右半区最大子序列和  (如果最大子序列横跨中间分界点,那么肯定包含中间分界点,)
33     {
34         thissum += box[i];
35         if(rightbordersum < thissum)
36         {
37             rightbordersum = thissum;
38         }
39      } 
40      thissum = 0;
41      for(i = mid ;i >= left;i--)                          //求出含有中间分界点的左半区最大子序列和
42      {
43          thissum += box[i];
44          if(leftbordersum < thissum)
45          {
46              leftbordersum = thissum;
47          }
48      }
49      int midsum = leftbordersum + rightbordersum;               //横跨左右半区最大子序列和
50      return max(midsum,leftsum,rightsum);                        //左半区最大子序列和,右半区最大子序列和,跨半区最大子序列和,三者中最大的为所求者
51
52     
53 }
54 int main ()
55 {
56     int box[8] = {4,-3,5,-2,-1,2,5,-2};
57     int ret = 0;
58     ret = Findmaxsum(box,8,0,7);
59     printf("%d",ret);
60     return 0 ;
61  } 

此算法时间复杂度为 O(NlogN).

思考1:思考如何求得。

可以先写出递推关系式,设T(n)为规模为n时程序运行的时间。

1.观察到26,27行运用到了递归将问题规模缩小了一半且运用了两次,因此T(n) = 2T(n/2);

2.第35至50得两个循环规模为n/2即O(n);因此T(n)=2T(n/2)+O(n),由于我们所求者也为大O所以可以写成T(n)=2T(n/2)+n;

接下来可以有多种解决方法,此处介绍最笨但容易理解简单的迭代方法

1.设迭代了k次

    T(n)=2T(n/2)+n

            =2*(2T(n/4)+n/2)+n=2^2T(n/2^2)+2n

            ...

    =2^k T(n/2^k) + kn

由于最后要迭代到基准情形即: n/2^k = 1;因此我们可得k = logn;

2.将k带入:

    =2^(logn)T(n/2^logn)+nlogn;

    =nT(1) + nlogn

显然可以求得:O(nlogn);

思考2:突然想到:为什么二分查找的时间复杂度O(logn)?同样本质是二分为什么此处O(nlogn)多出n?

  二者方法都为“分”,但是二分查找“分”后并不需要"合",而此处的分治法需要“分”求得结果后再“合”。

可以这么想,二分查找O(logn)不难理解,但其本质在于只要找到所求元素,对于其他元素并不关心,

每次递归中不符合条件的元素,直接不需要程序继续处理。程序笔直的朝着缩小范围的目的地前进,最后

找到一个目标。

  而分治“分”后其实并没有将其中的某一半舍弃,他其实需要处理到每一个元素。简而言之,二分法“分”

后直接将一半舍弃,分治需要将每一半都处理。分到最后每单个元素都处理过了,然后容易想到既然一个元素

是O(logn),呢么所有n个元素在其前加个n得到O(nlogn)也就自然而然了。

思考3:究竟为什么问题“分”后治之会将时间复杂度降低?

  以求最小子序列和为例,用最普通的暴力搜索,第一个与后面n-1个元素做比较,第二个元素n-2次....共[(1+n-1)*(n-1)]/2次;

他的时间复杂度为O(N^2).可将规模为n时计算量近似看成n^2次,用分治法将问题规模缩小一半,则n/2时,计算量n^2/4。由于

有两半增加了问题数量所以乘以2,所以n^2/4 * 2 = n^2/2;比原来计算量n^2减少n^2/2次。由此减少了计算量,降低了时间复杂度。

关键点在于N^2是个平方阶,将n规模缩小计算量会以平方阶下降,虽然乘以n(线性阶)但与下降相比还是少。

本人还才疏学浅,如有错误的地方非常感谢大家的指正。!

原文地址:https://www.cnblogs.com/Ponytai1/p/5871021.html