最大子段和问题算法设计（C语言）_最大子段和c语言代码

编译环境：Dev-C++

分别用暴力枚举，优化枚举，递归分治和动态规划的方法解决最大字段和问题。

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最大字段和问题描述：

给定n个整数（可能为负整数）组成的序列a1,a2,…,an，求该序列连续的子序列和的最大值。 如果该子段的所有元素和是负整数时定义其最大子段和为0。

最大子段和问题的形式化描述：

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算法思想

（1）暴力枚举法思想：

用一个三重循环，i和j从1到n分别表示每一次加法加数和最后一个被加数的下标，k从i到j用来做a[i]到a[j]求和，每次循环加和定义一个当前最大子段和thissum和sum比较替换；

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（2）优化枚举法思想：

在暴力枚举下，我们很容易想到可以把k这一重循环省略，避免了重复加和，例如：要求sum[3,8]，只需要在sum[3,7]的基础上加a[8],而不需要再从a[0]加到a[8]，从而提高效率。

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（3）分治法思想：

将原数组a[left,right]分为长度相同的两段子数组a[left,mid]和a[mid+1,right]；

然后利用递归分别求解左半段和又半段的最大子段和；

这个时候分成三种情况：

第一种情况是：最大子段和为左半段最大字段和；

第二种情况是：最大子段和为右半段最大字段和；

第三种情况是：跨中间的最大字段和；求解思想见下图： 

最后把三种情况的最大子段和做比较就可以得出最大子段和。

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（4）动态规划法：

之所以用到了动态规划的思想，是因为问题具有最小子结构性质，而且子问题之间有所重复，原问题的最优解可以由此问题从底向上推导出来

 

定义一个f数组复制a数组，f[i]表示以a[i]为结束的子数组最大和，f[i]一定是包涵a[i]的，所以如果前面的子问题最优解是小于0，那么包涵以a[i]为结尾的最大字段和，就是它自己，而如果前面的子问题最优解大于或者等于0，则把a[i]加上f[i-1]就是他的最大子段和；  

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 算法调试过程及输入输出结果：

测试用例：

Input:

      7

      1 -5 2 4 5 -1 7

Output:

      17

      2 4 5 -1 7 

 

可以看到，通过一步步简化，时间复杂度从O(n^3)到O(n^2)到O(nlogn)再到O(n)，时间复杂度不断改进，这就是算法的魅力！ 

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源代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<malloc.h>
/*测试用例：
Input:
	7 
	1 -5 2 4 5 -1 7
Output:
	17
	2 4 5 -1 7
	 
*/ 
//暴力枚举法
int MaxSubSum_Violent(int *a,int n,int& besti,int& bestj){
    int sum=0;
    for(int i=0;i<n;i++){
        for(int j=0;j<n;j++){
                int thissum=0;
            for(int k=i;k<=j;k++){
                thissum+=a[k];
            }
        if(thissum>sum){
            sum=thissum;
            besti=i;
            bestj=j;
        }
        }
    }
    return sum;
}
//优化枚举法
int MaxSubSum_Optimized(int *a,int n,int &besti,int &bestj){
    int sum=0;
    for(int i=0;i<n;i++){
            int thissum=0;
        for(int j=i;j<n;j++){
                thissum+=a[j];
 
        if(thissum>sum){
            sum=thissum;
            besti=i;
            bestj=j;
        }
        }
    }
    return sum;
}
//分治法
int CrossSubArray(int *a,int left,int mid,int right){
    int leftsumMax=0,rightsumMax=0,temp=0;;
    for(int i=mid;i>=left;i--){
        temp+=a[i];
        if(temp>=leftsumMax){
            leftsumMax=temp;
        }
    }
    temp=0;
    for(int j=mid+1;j<=right;j++){
        temp+=a[j];
        if(temp>=rightsumMax){
            rightsumMax=temp;
        }
    }
    int crosssum=leftsumMax+rightsumMax;
    return crosssum;
 
}
int MaxSubSum_DivideConquer(int *a,int left,int right){
    int sum=0;
    if(left==right){
        sum=a[left];
    }else{
        int mid=(left+right)/2;
        int leftsum=MaxSubSum_DivideConquer(a,left,mid);
        int rightsum=MaxSubSum_DivideConquer(a,mid+1,right);
        int crosssum=CrossSubArray(a,left,mid,right);
        if(leftsum>=rightsum&&leftsum>=crosssum){
            sum=leftsum;
        }else if(rightsum>=leftsum&&rightsum>=crosssum){
            sum=rightsum;
        }else if(crosssum>=rightsum&&crosssum>=leftsum){
            sum=crosssum;
        }
    }
    return sum;
}
//动态规划
int MaxSubSum_DynamicProgram(int *a,int n){
    int Max_sum=0;
    int *f=(int *)malloc(sizeof(int)*(n+1));
    for(int i=0;i<n;i++){
    	f[i]=a[i];
	}
	for(int i=1;i<=n;i++){
		if(f[i-1]+a[i]>=a[i]) f[i]=f[i-1]+a[i];
		if(f[i-1]+a[i]<a[i]) f[i]=a[i];
		if(f[i]>=Max_sum) Max_sum=f[i];
	}
//    for(int i=1;i<=n;i++){
//        if(f[i-1]>=0) f[i]=f[i-1]+a[i];
//        if(f[i-1]<0) f[i]=a[i];
//        if(f[i]>=Max_sum) Max_sum=f[i];
//    }
    return Max_sum;
}
int main(){
    int n=0;
    printf("请输入原数组的长度：");
    scanf("%d",&n);
    int *a=(int*)malloc(sizeof(int)*(n+1));
    if(!a) exit(-2);
    puts("请输入原数组：");
    for(int i=0;i<n;i++){
        scanf("%d",a+i);
    }
    int besti,bestj;
    puts("使用暴力枚举法的结果是");
    printf("最大子段和为：%d\n",MaxSubSum_Violent(a,n,besti,bestj));
    puts("对应的子数组为：");
	for(int i=besti;i<=bestj;i++){
		printf("%d ",a[i]);
	} 
	putchar('\n');
    puts("--------------------------------");
    puts("使用优化枚举法的结果是");
    printf("最大子段和为：%d\n",MaxSubSum_Optimized(a,n,besti,bestj));
    puts("对应的子数组为：");
	for(int i=besti;i<=bestj;i++){
		printf("%d ",a[i]);
	} 
	putchar('\n');
    puts("--------------------------------");
    puts("使用分治法的结果是");
    printf("最大子段和为：%d\n",MaxSubSum_DivideConquer(a,0,n));
 
    puts("--------------------------------");
    puts("使用动态规划法的结果是");
    printf("最大子段和为：%d\n",MaxSubSum_DynamicProgram(a,n));
 
}