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我正在阅读算法简介并尝试完成书中的练习。

在练习 4.1-3

4.1-3 在您自己的计算机上实现最大子阵列问题的蛮力和递归算法。什么问题大小 n0 给出了递归算法击败蛮力算法的交叉点?然后,只要问题大小小于 n0,就将递归算法的基本情况更改为使用蛮力算法。这会改变交叉点吗?

我按照书上的伪代码写了这两个算法。但是,我的代码一定有问题,因为第二个代码被设计为 Theta(n*lgn) 并且应该运行得更快,它总是比第一个 Theta(n**2) 运行得慢。我的代码如下所示。

def find_maximum_subarray_bf(a): #bf 用于蛮力
    p1 = 0
    l = 0 # l 为左
    r = 0 # r 代表右
    最大和 = 0
    对于范围内的 p1(len(a)-1):
        sub_sum = 0
        对于范围内的p2(p1,len(a)):
            sub_sum += a[p2]
            如果 sub_sum > max_sum:
                max_sum = sub_sum
                l = p1
                r = p2
    返回 l, r, max_sum

def find_maximum_subarray_dc(a): #dc 分治法

    # 子函数
    # 给定一个数组和三个索引,可以将数组拆分为 a[l:m]
    # 和 a[m+1:r],找出一个子数组 a[i:j],其中 l \leq i \less m \less j \leq r"。
    # 根据上面的定义,目标子数组必须
    # 由两个子数组 a[i:m] 和 a[m+1:j] 组合
    # 增长率:theta(n)

    def find_crossing_max(a, l, r, m):

        # 左边
        # ls_r 和 ls_l 表示左子数组的左右边界。
        # l_max_sum 表示左子数组的最大和
        # sub_sum 表示当前计算子数组的和      
        ls_l = 0
        ls_r = m-1
        l_max_sum = 无
        sub_sum = 0
        for j in range(m+1)[::-1]: # 从右到左添加元素
            sub_sum += a[j]
            如果 sub_sum > l_max_sum:
                l_max_sum = sub_sum
                ls_l = j

        # 右边
        # rs_r 和 rs_l 表示左子数组的左右边界。
        # r_max_sum 表示左子数组的最大和
        # sub_sum 表示当前计算子数组的和                
        rs_l = m+1
        rs_r = 0
        r_max_sum = 无
        sub_sum = 0
        对于范围内的 j (m+1,len(a)):
            sub_sum += a[j]
            如果 sub_sum > r_max_sum:
                r_max_sum = sub_sum
                rs_r = j

        #结合
        返回 (ls_l, rs_r, l_max_sum+r_max_sum)

    # 子函数
    # 增长率:应该是 theta(nlgn),但是有问题
    def recursion(a,l,r): # T(n)
        如果 r == l:
            返回 (l,r,a[l])
        别的:
            m = (l+r)//2 # theta(1)
            left = recursion(a,l,m) # T(n/2)
            右=递归(a,m+1,r)#T(n/2)
            交叉 = find_crossing_max(a,l,r,m) # theta(n)

            如果 left[2]>=right[2] 和 left[2]>=crossing[2]:
                向左返回
            elif right[2]>=left[2] 和 right[2]>=crossing[2]:
                右转
            别的:
                返回路口

    #返回主函数
    l = 0
    r = len(a)-1
    返回递归(a,l,r)

如果 __name__ == "__main__":

    从时间进口时间

    a = [100,-10,1,2,-1,4,-6,2,5]
    一个 *= 2**10

    时间0 =时间()
    find_maximum_subarray_bf(a)
    时间1 =时间()
    find_maximum_subarray_dc(a)
    时间2 =时间()
    打印“功能1:”,time1-time0
    打印“功能2:”,time2-time1
    打印“比率:”,(time1-time0)/(time2-time1)
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首先,蛮力的错误:

for p1 in range(len(a)-1):

那应该是range(len(a))[或xrange],因为它不会找到最大的子数组[-12,10]

现在,递归:

def find_crossing_max(a, l, r, m):

    # left side
    # ls_r and ls_l indicate the right and left bound of the left subarray.
    # l_max_sum indicates the max sum of the left subarray
    # sub_sum indicates the sum of the current computing subarray      
    ls_l = 0
    ls_r = m-1
    l_max_sum = None
    sub_sum = 0
    for j in range(m+1)[::-1]:      # adding elements from right to left

您正在检查所有索引为 0,但您应该只检查索引到l. 而不是构造range列表并反转它,使用xrange(m,l-1,-1)

        sub_sum += a[j]
        if sub_sum > l_max_sum:
            l_max_sum = sub_sum
            ls_l = j

对于右侧的总和,类比成立,您应该只检查r, 所以的索引xrange(m+1,r+1)

此外,总和的初始值。最大子数组的索引对于左侧是可疑的,而对于右侧是错误的。

对于左侧部分,我们从一个空总和开始,但必须包括a[m]。这可以通过l_max_sum = None初始设置或通过设置l_max_sum = a[m]j忽略 index来完成m。无论哪种方式,初始值ls_l都不应该是0ls_r也不应该是m-1ls_r必须是,m并且ls_l应该以的m+1初始值开始,并且以开始。l_max_sumNoneml_max_suma[m]

对于正确的部分,r_max_sum必须从 0 开始,rs_r最好从 0 开始m(尽管这并不重要,它只会给你错误的索引)。如果右侧的总和都不是非负数,则正确的总和应该是0负数中最大的,而不是最大的。

recursion中,我们有一些重复

left = recursion(a,l,m)         # T(n/2)

包括 的 金额a[m]已经 被 处理 或 大修find_crossing_max, 所以 这 可能 是

left = recursion(a,l,m-1)

但是,在 中也必须处理这种可能性r < lrecursion并且重复很小,所以我就让它保持不变。

由于您总是在 中遍历整个列表find_crossing_max,也就是所谓O(n)的时间,因此您的分而治之的实现实际上O(n²)也是如此。

如果签入的范围find_crossing_max被限制为[l,r],那么您应该(大约)2^k调用长度为 的范围n/2^k0 <= k <= log_2 n,总成本为O(n*log n)

通过这些更改(以及一些随机数组生成),

def find_maximum_subarray_bf(a):        #bf for brute force
    p1 = 0
    l = 0           # l for left
    r = 0           # r for right
    max_sum = 0
    for p1 in xrange(len(a)):
        sub_sum = 0
        for p2 in xrange(p1, len(a)):
            sub_sum += a[p2]
            if sub_sum > max_sum:
                max_sum  = sub_sum
                l = p1
                r = p2
    return l, r, max_sum

def find_maximum_subarray_dc(a):        #dc for divide and conquer

    # subfunction
    # given an arrary and three indices which can split the array into a[l:m]
    # and a[m+1:r], find out a subarray a[i:j] where l \leq i \less m \less j \leq r".
    # according to the definition above, the target subarray must
    # be combined by two subarray, a[i:m] and a[m+1:j]
    # Growing Rate: theta(n)

    def find_crossing_max(a, l, r, m):

        # left side
        # ls_r and ls_l indicate the right and left bound of the left subarray.
        # l_max_sum indicates the max sum of the left subarray
        # sub_sum indicates the sum of the current computing subarray      
        ls_l = m+1
        ls_r = m
        l_max_sum = None
        sub_sum = 0
        for j in xrange(m,l-1,-1):      # adding elements from right to left
            sub_sum += a[j]
            if sub_sum > l_max_sum:
                l_max_sum = sub_sum
                ls_l = j

        # right side
        # rs_r and rs_l indicate the right and left bound of the left subarray.
        # r_max_sum indicates the max sum of the left subarray
        # sub_sum indicates the sum of the current computing subarray                
        rs_l = m+1
        rs_r = m
        r_max_sum = 0
        sub_sum = 0
        for j in range(m+1,r+1):
            sub_sum += a[j]
            if sub_sum > r_max_sum:
                r_max_sum = sub_sum
                rs_r = j

        #combine
        return (ls_l, rs_r, l_max_sum+r_max_sum)

    # subfunction
    # Growing Rate:  theta(nlgn)
    def recursion(a,l,r):           # T(n)
        if r == l:
            return (l,r,a[l])
        else:
            m = (l+r)//2                    # theta(1)
            left = recursion(a,l,m)         # T(n/2)
            right = recursion(a,m+1,r)      # T(n/2)
            crossing = find_crossing_max(a,l,r,m)   # theta(r-l+1)

            if left[2]>=right[2] and left[2]>=crossing[2]:
                return left
            elif right[2]>=left[2] and right[2]>=crossing[2]:
                return right
            else:
                return crossing

    #back to master function
    l = 0
    r = len(a)-1
    return recursion(a,l,r)

if __name__ == "__main__":

    from time import time
    from sys import argv
    from random import randint
    alen = 100
    if len(argv) > 1:
        alen = int(argv[1])
    a = [randint(-100,100) for i in xrange(alen)]

    time0 = time()
    print find_maximum_subarray_bf(a)
    time1 = time()
    print find_maximum_subarray_dc(a)
    time2 = time()
    print "function 1:", time1-time0
    print "function 2:", time2-time1 
    print "ratio:", (time1-time0)/(time2-time1)

我们得到了一些我们应该期待的东西:

$ python subarrays.py 50
(3, 48, 1131)
(3, 48, 1131)
function 1: 0.000184059143066
function 2: 0.00020382
ratio: 0.902923976608
$ python subarrays.py 100
(29, 61, 429)
(29, 61, 429)
function 1: 0.000745058059692
function 2: 0.000561952590942
ratio: 1.32583792957
$ python subarrays.py 500
(35, 350, 3049)
(35, 350, 3049)
function 1: 0.0115859508514
function 2: 0.00170588493347
ratio: 6.79175401817
$ python subarrays.py 1000
(313, 572, 3585)
(313, 572, 3585)
function 1: 0.0537149906158
function 2: 0.00334000587463
ratio: 16.082304233
$ python osubarrays.py 10000
(901, 2055, 4441)
(901, 2055, 4441)
function 1: 4.20316505432
function 2: 0.0381460189819
ratio: 110.186204655
于 2012-12-09T20:42:25.490 回答