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Java实现:带优先级规则的最大子序列求和算法

霞舞
发布: 2025-11-01 13:36:17
原创
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java实现:带优先级规则的最大子序列求和算法

本文详细介绍了如何在Java中实现一个带有复杂优先级规则的最大子序列求和算法。基于经典的Kadane算法,我们探讨了如何处理当多个子序列具有相同最大和时,优先选择元素数量最少的;以及当和与元素数量均相同时,选择列表中最先出现的子序列的逻辑。通过优化循环中的条件判断,确保算法能够准确地满足所有业务需求,并提供了完整的代码示例。

1. 引言:最大子序列求和问题及其变体

最大子序列求和(Maximum Subarray Sum)是一个经典的计算机科学问题,旨在在一个一维数组中找到一个连续子序列,使其元素之和最大。Kadane's 算法是解决此问题的标准高效方法,其时间复杂度为O(N)。然而,实际应用中常常会遇到更复杂的业务需求,例如在存在多个具有相同最大和的子序列时,需要引入额外的优先级规则进行选择。

本文将深入探讨如何基于Kadane's 算法,实现一个能够处理以下复杂优先级规则的解决方案:

  1. 优先选择元素数量最少的子序列:如果存在多个子序列具有相同的最大和,应选择其中元素数量最少的那个。
  2. 优先选择最先出现的子序列:如果存在多个子序列具有相同的最大和且元素数量也相同,应选择在原始列表中最先出现的那个。

2. 核心算法:Kadane's 算法回顾与扩展

Kadane's 算法的核心思想是动态规划。它维护两个关键变量:

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  • maxSum:到目前为止找到的最大子序列和。
  • currentSum:以当前元素结尾的最大子序列和。

遍历数组时,对于每个元素,currentSum 会被更新为 max(当前元素, currentSum + 当前元素)。如果 currentSum 变得比 maxSum 大,则更新 maxSum。为了满足我们的优先级规则,我们需要对这个基本算法进行扩展,不仅记录和,还要记录子序列的起始和结束索引,并在更新时仔细比较。

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3. 特殊要求处理:同和同长子序列的选取逻辑

为了满足上述优先级规则,我们需要在 Kadane's 算法的迭代过程中,不仅比较 currentSum 和 maxSum 的大小,还要在它们相等时,进一步比较子序列的长度和出现顺序。

具体逻辑如下:

  • 当 currentSum 大于 maxSum 时:这表示我们找到了一个更大的子序列和,无论其长度如何,都应立即更新 maxSum 及其对应的起始和结束索引。
  • 当 currentSum 等于 maxSum 时:这是触发优先级规则的关键点。
    • 首先,计算当前最佳子序列(maxSum 对应)的长度和当前新找到子序列(currentSum 对应)的长度。
    • 如果新子序列的长度小于当前最佳子序列的长度,根据规则1,我们应选择新子序列,因此更新 maxSum 及其索引。
    • 如果新子序列的长度等于当前最佳子序列的长度,根据规则2,我们应选择最先出现的子序列。由于我们是顺序遍历数组,并且只在 currentSum 严格大于 maxSum 或 currentSum 等于 maxSum 且新子序列更短时才进行更新,这意味着如果 currentSum 和 maxSum 相等且长度也相等,我们无需进行任何更新操作,因为 maxSum 已经指向了最先找到的那个满足条件的子序列。

4. 实现细节与代码示例

下面是基于Java实现的完整代码,它集成了Kadane's 算法和所有优先级规则:

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class MaxSubsequenceWithPriorities {

    public static void main(String[] args) {
        // 示例数据,包含可能出现相同和与相同长度的子序列
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(1); list.add(2); list.add(-9999); list.add(-9999);
        list.add(100); // 索引 4
        list.add(98);  // 索引 5 -> 子序列 [100, 98], 和 198, 长度 2
        list.add(-5555);
        list.add(99);  // 索引 7
        list.add(99);  // 索引 8 -> 子序列 [99, 99], 和 198, 长度 2
        list.add(-7866); list.add(6); list.add(-3); list.add(-13434);
        list.add(99);  // 索引 13
        list.add(90); list.add(8); list.add(1); list.add(-9999);
        list.add(-9999); list.add(-444); list.add(-7444);
        list.add(100); // 索引 22
        list.add(90);  // 索引 23
        list.add(8);   // 索引 24 -> 子序列 [100, 90, 8], 和 198, 长度 3
        list.add(-9999); list.add(-5555);

        // 处理空列表或单元素列表的边界情况
        if (list == null || list.isEmpty()) {
            System.out.println("输入列表为空。");
            return;
        }

        // 初始化最大和及其对应的子序列索引
        int maxSum = list.get(0);
        int maxSumStartIndex = 0;
        int maxSumLastIndex = 0;

        // 初始化当前子序列的和及其起始索引
        int currentSum = list.get(0);
        int currentStartIndex = 0;

        // 遍历列表,从第二个元素开始
        for (int i = 1; i < list.size(); i++) {
            // 更新 currentSum 和 currentStartIndex
            // 如果当前元素比 (currentSum + 当前元素) 更大,意味着从当前元素开始一个新的子序列会更好
            if (currentSum + list.get(i) < list.get(i)) {
                currentSum = list.get(i);
                currentStartIndex = i;
            } else {
                // 否则,将当前元素加入到 currentSum
                currentSum += list.get(i);
            }

            // 比较当前子序列与全局最佳子序列
            if (currentSum > maxSum) {
                // 找到了更大的和,直接更新
                maxSum = currentSum;
                maxSumStartIndex = currentStartIndex;
                maxSumLastIndex = i;
            } else if (currentSum == maxSum) {
                // 和相等,应用优先级规则
                int currentBestLength = maxSumLastIndex - maxSumStartIndex + 1;
                int newLength = i - currentStartIndex + 1;

                if (newLength < currentBestLength) {
                    // 新子序列长度更短,根据规则1,优先选择
                    maxSumStartIndex = currentStartIndex;
                    maxSumLastIndex = i;
                    // maxSum 保持不变,因为和相等
                }
                // 如果 newLength == currentBestLength,根据规则2,我们希望保留最先出现的。
                // 由于我们只在严格更好或更短时更新,这里不进行操作,就隐式地保留了最先找到的。
            }
        }

        // 输出结果
        System.out.println("最大子序列的和为: " + maxSum);
        System.out.print("对应的子序列为: ");
        for (int i = maxSumStartIndex; i <= maxSumLastIndex; i++) {
            System.out.print(list.get(i) + " ");
        }
        System.out.println();
        System.out.println("起始索引: " + maxSumStartIndex + ", 结束索引: " + maxSumLastIndex);
    }
}
登录后复制

示例输出(针对上述代码中的 list 数据):

最大子序列的和为: 198
对应的子序列为: 100 98 
起始索引: 4, 结束索引: 5
登录后复制

这个输出验证了算法的正确性,它选择了 `[100,

以上就是Java实现:带优先级规则的最大子序列求和算法的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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