动态规划法 - 53. 最大子数组和

什么是动态规划法?

简单说,动态规划(Dynamic Programming,简称 DP) 是一种**「把复杂问题拆解成小问题,通过解决小问题来解决大问题」**的方法。

核心思路有两个:

1.拆分问题:把原问题拆成多个相似的「子问题」(比如求 "整个数组的最大子数组和" 可以拆 成 "以每个元素结尾的最大子数组和")。

2.记住答案:用一个表格(或变量)记录子问题的答案,避免重复计算(这一步叫「记忆化」)。

用动态规划解决 "最大子数组和" 的标准思路

以 nums = -2, 1, -3, 4 为例:

1.定义子问题:设 dpi 为「以第 i 个元素结尾的最大子数组和」。

  • 比如 dp0 是 "以 -2 结尾的最大和" → 只能是 -2。
  • dp1 是 "以 1 结尾的最大和" → 要么单独用 1,要么用 dp0 + 1(即 -2 + 1 = -1),取大的那个 → 1。

2.找规律(状态转移方程):dpi = max(numsi, dpi-1 + numsi)(要么从当前元素重新开始,要么接上前面的子数组)

3.计算所有子问题:

  • dp0 = -2
  • dp1 = max(1, -2+1) = 1
  • dp2 = max(-3, 1-3) = -2
  • dp3 = max(4, -2+4) = 4

4.求最终答案:所有 dpi 中的最大值 → 4。

我们现在用的方法,其实是动态规划的 "升级版"

上面的标准思路需要一个 dp 数组来存所有子问题的答案(空间复杂度 O(n)),但我们可以优化:

观察发现:计算 dpi 只需要前一个 dpi-1 的值,不需要整个数组。

所以可以用一个变量 sum 代替 dp 数组(sum 就代表当前的 dpi),这样空间复杂度就降到了 O(1)。

这就是我们现在用的方法:

  • sum 等价于 dpi(当前子问题的答案)。
  • sum = max(numsi, sum + numsi) 就是状态转移方程。
  • res 用来记录所有 sum 中的最大值(即最终答案)。

总结

  • 标准动态规划:用数组存所有子问题答案,思路直观,空间稍大。
  • 我们现在的方法:用单个变量代替数组,核心逻辑不变,是动态规划的「空间优化版」。

题目

https://leetcode.cn/problems/maximum-subarray/description/?envType=study-plan-v2\&envId=top-100-liked

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

题解

java 复制代码
class Solution {
    public int maxSubArray(int[] nums) {
        // 把sum初始化为数组第一个元素
        int sum = nums[0];
        // 结果也初始化为第一个元素(因为最大和至少是它自己)
        int res = nums[0];
        
        // 从第二个元素开始遍历(索引1)
        for (int i = 1; i < nums.length; i++) {
            // 同样先判断:之前的sum是否有用
            if (sum > 0) {
                // 有用就累加当前元素
                sum += nums[i];
            } else {
                // 没用就从当前元素重新开始
                sum = nums[i];
            }
            // 更新最大和
            res = Math.max(res, sum);
        }
        return res;
    }
}

过程解读(结合 "攒钱" 例子)

  • 初始状态:手里先拿着第一天的钱 sum=-1(亏了 1 块),历史最多钱 res=-1。
  • 第二天(元素 2):之前手里是亏的(sum=-1),不如直接拿今天的 2 块,sum 变成 2。历史最多钱更新为 2。
  • 第三天(元素 - 3):手里有 2 块(正数),虽然今天花了 3 块,但还是加上试试,sum=2-3=-1。历史最多钱还是 2(因为 - 1 < 2)。
  • 第四天(元素 4):手里是 - 1(亏的),直接拿今天的 4 块,sum 变成 4。历史最多钱更新为 4。
  • 第五天(元素 - 1):手里有 4 块(正数),今天花 1 块,加上后 sum=4-1=3。历史最多钱还是 4(因为 3 < 4)。
    最终结果是 4,对应最大子数组 4(或者理解为 "只拿第四天的钱最划算")。
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