有多少人学习算法时,都是从排序入手,然后就没有然后了,不是算法有多难,而是算法对程序员来说,有点类似武侠世界里的内功心法,练了半天,总觉得与功夫招式没什么大关系,和工作遇到的问题关系也不是那么直接,实际上,基本上所有语言都内置了排序的方法,有多少人会自己写个快排去排序的?!
那么学习算法到底有什么用呢?这里我提供一个角度:
学习算法是为了用程序的思想,抽象实际问题,提供方便的解决方案。
分治法是编程界排名前5的重要算法之一,但是它本身并不是一种具体的算法,也没有典型的数据结构,我们先从一个例子来看下它能解决什么样的问题:
《最大子序和》:
给定一个整数数组 nums ,找到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。
输入: [-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。
问题中,最终的结果当然是9个数字中的最大值,问题是,9个数字的子数组有多少呢?可以2两个一组、3个一组,4个一组,这样写算法必然繁琐复杂,要想办法简化一下问题,先把9个数字分成两部分:
假设我们已经求出了[-2...-5]部分的最大值,记为sumMax(0...7),问题就简单了,只需在sumMax(0...7)、4、sumMax(0...7)+4 三者之间取最大值即可。
剩下的你可能已经知道了,[-2...-5]部分也需要求最大和,一样分为两部分,这样一直分下去:
最后会发现,只剩下 -2 和 1,这时,只需要比较 (-2 + 1)和 1 的大小,显然取1,这是为了满足题目中“连续子数组”的要求,靠右边的数代表所在组,才能参与更大分组的计算。
由分析可见,用递归可以很方便的实现,只需要将去掉末尾的数组再次调用相同方法即可,由于取子数组很耗费计算时,这里展开为循环,下面完整算法(Swift描述):
func maxSubArray(_ nums: [Int]) -> Int {
var maxAll:Int = 0
if (nums.count == 0) {
maxAll = 0
return 0
}
if (nums.count == 1) {
maxAll = nums[0]
return nums[0]
}
maxAll = nums[0]
var subSumMax = 0
if (nums.count >= 2) {
for v in nums {
subSumMax += v
subSumMax = max(subSumMax, v)
maxAll = max(subSumMax, maxAll)
}
}
return maxAll
}
maxAll 用来记录曾经达到过的
最大和。
通过以上的详细分析,可以总结出,分治法包括两个步骤:
- 将大问题分拆成小问题。
- 找到小问题的解决方案。
以上过程是个互动过程,有时需要尝试不同的分拆方法,关键看分拆的小问题是否有一致的解决方案
。
在众多算法中,很多都是分治法的具体实践:
- 二分查找
- 归并排序
- 快速排序
当你领悟了分治法的思想后,很多算法都可以自行推导得出,现在是不是对学好算法更有信心了呢?欢迎你的留言,我们一同修炼心法。