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数据结构001:最大子数组和

2023-02-18 15:50:13 时间

题目

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

解题思路

要求字数组中和最大的那组对应的和,首先能想到的是完全遍历,使用暴力求解的方法,确实可以解决问题,但有没有更简单一点的方法呢?答案肯定是有的(这话貌似很是废话)。换种思路,如果针对元素数量较少的数组,我们使用完全遍历,貌似没有什么压力,因此,我们不妨从简单的数组子数组入手,看看能不能发现什么规律。

下面我们以数组{a, b, c, d, e}为例,列举出其所有连续的子序列:

  1. 以a结尾的子数组{a};
  2. 以b为结尾的子数组{a, b}、{b};
  3. 以c为结尾的子数组{a, b, c}、{b, c}、{c};
  4. 以d为结尾的子数组{a, b, c, d}、{b, c, d}、{c, d}、{d};
  5. 以e为结尾的子数组{a, b, c, d, e}、{b, c, d, e}、{c, d, e}、{d, e}、{e}。

分析该问题,我们要找软柿子捏,首先分析1,以a结尾的子数组和最大值为

f_{a-max}=a \tag1

对于2,以b结尾的子数组和最大值为

f_{b-max}=max\{a+b, b\}\\=max\{ f_{a-max}+b, b\} \tag2

对于3,以c结尾的子数组和最大值为

f_{c-max}=max\{a+b+c, b+c, c\}\\ =max\{f_{b-max}+c, c\} \tag3

依次类推:

f_{d-max}=max\{a+b+c+d, b+c+d, c+d, d\}\\ =max\{f_{c-max}+d, d\} \tag4
f_{e-max} =max\{a+b+c+d+e, b+c+d+e, c+d+e, d+e, e\} \\ =max\{f_{d-max}+e, e\} \tag5

由公式1-5可得,数组{a, b, c, d, e}中连续子序列和最大值为

max\{f_{a-max}, f_{b-max}, f_{c-max}, f_{d-max},f_{e-max}\} \tag6

对于数组

nums

,我们设

f(i)

为以第

i

个元素结尾的连续子数组和最大值,则有:

f(i)=max\{ f(i-1)+nums[i],nums[i]\} \tag7

其中

0<i<n

(n为数组元素的个数)。其连续子序列和最大值为

max\{f(0), f(1), ..., f(n-1) \} \tag8

因此,此题代码实现如下:

int maxSubArray(vector<int>& nums) {
    int pre = 0, maxAns = nums[0];
    for (const auto &x: nums) {
        pre = max(pre + x, x);
        maxAns = max(maxAns, pre);
    }
    return maxAns;
}