【LeetCode】最大子数组乘积:三种解法从暴力到最优

给定一个包含正数、负数和零的数组 arr[],找出任意连续子数组的最大乘积。

示例:

  • 输入:arr[] = [-2, 6, -3, -10, 0, 2] → 输出:180(子数组 [6, -3, -10],乘积 = 6 * (-3) * (-10) = 180)
  • 输入:arr[] = [-1, -3, -10, 0, 6] → 输出:30(子数组 [-3, -10],乘积 = (-3) * (-10) = 30)
  • 输入:arr[] = [2, 3, 4] → 输出:24(全正数时结果为所有元素乘积)

目录

  • [暴力解法:两层循环 O(n²)](#暴力解法:两层循环 O(n²))
  • [最优解法1:维护最小和最大乘积 O(n)](#最优解法1:维护最小和最大乘积 O(n))
  • [最优解法2:双向遍历 O(n)](#最优解法2:双向遍历 O(n))

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暴力解法:两层循环 O(n²)

最直接的想法:遍历所有连续子数组,计算每个子数组的乘积,记录最大值。

代码(简化版):

python 复制代码
def maxProduct(arr):
    n = len(arr)
    maxProd = arr[0]
    for i in range(n):
        mul = 1
        for j in range(i, n):
            mul *= arr[j]
            maxProd = max(maxProd, mul)
    return maxProd

时间复杂度: O(n²),空间复杂度:O(1)。


最优解法1:维护最小和最大乘积 O(n)

核心思路:遍历数组时,同时维护两个变量------以当前元素结尾的子数组的最大乘积 和最小乘积。

  • 遇到零会重置乘积(任何包含零的子数组乘积为零)。
  • 遇到负数时,最小乘积可能变成最大乘积(因为负负得正)。
  • 通过同时维护最大和最小,可以在一次遍历中正确计算。

代码(简化版):

python 复制代码
def maxProduct(arr):
    n = len(arr)
    currMax = arr[0]
    currMin = arr[0]
    maxProd = arr[0]
    for i in range(1, n):
        temp = max(arr[i], arr[i] * currMax, arr[i] * currMin)
        currMin = min(arr[i], arr[i] * currMax, arr[i] * currMin)
        currMax = temp
        maxProd = max(maxProd, currMax)
    return maxProd

时间复杂度: O(n),空间复杂度:O(1)。


最优解法2:双向遍历 O(n)

另一种思路:从左到右和从右到左各遍历一次,累积乘积。遇到零时重置为1。

  • 当有奇数个负数时,乘积为负,我们只能舍弃第一个或最后一个负数。
  • 双向遍历可以覆盖这两种情况,取最大值。

代码(简化版):

python 复制代码
def maxProduct(arr):
    n = len(arr)
    maxProd = float('-inf')
    leftToRight = 1
    rightToLeft = 1
    for i in range(n):
        if leftToRight == 0:
            leftToRight = 1
        if rightToLeft == 0:
            rightToLeft = 1
        leftToRight *= arr[i]
        j = n - i - 1
        rightToLeft *= arr[j]
        maxProd = max(leftToRight, rightToLeft, maxProd)
    return maxProd

时间复杂度: O(n),空间复杂度:O(1)。


总结: 三种方法从 O(n²) 优化到 O(n),面试中推荐使用维护最小和最大乘积的方法,思路清晰且不易出错。双向遍历法也很巧妙,可以作为备选方案。

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