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分类: C/C++

2008-06-07 15:19:25


    本文介绍满足阈值条件的最短子序列查找算法及C++实现。
    作者:tyc611.cublog.cn,2008-06-07
[问题描述]
    有一个目标序列(非负整数序列),并给定一个阈值,现要判断在该序列中是否存在一个子序列,满足子序列之和不小于指定的阈值。如果存在这样的子序列,则找出最短的一个。
 
[算法思想]
    一次遍历目标序列即可。遍历过程中,向后查找扩大当前子序列,直到当前子序列之和大于等于指定的阈值,然后由当前子序列起始元素开始收缩该子序列,直到最短,此时用此子序列去更新当前最短子序列(如果更短的话);重复此过程直到目标序列遍历结束。
 
[算法时间复杂度]
    由于目标序列中每个元素最多访问两次,因此,算法的时间复杂度为O(n)。
 
[相关问题]
    (1)可以把子序列的条件进行更改(这里条件是子序列之和大于等于指定阈值),延伸出类似问题。
    (2)这里是针对非负整数序列,还可以考虑正负数参杂的序列。
 
[C++实现]
 

/**
* ShortestSubsequence.cpp
* @Author Tu Yongce
* @Created 2008-6-7
* @Modified 2008-6-7
* @Version 0.1
*/


#include <iostream>
#include <vector>
#include <cassert>

using namespace std;

/*
* 判断目标序列(非负整数序列)中是否存在一个其和大于等于指定阈值的子序列
* 如果存在这样的子序列,找出满足此条件的一个最短子序列
* @param data: 存储目标序列的数组首指针
* @param num: 数组大小(序列中元素个数)
* @param threshold: 阈值
* @param start: [out]如果存在满足条件的子序列,返回最短子序列的起始元素下标
* @param end: [out]如果存在满足条件的子序列,返回最短子序列的终止元素下标
* @return: 如果存在满足条件的子序列,返回true且子序列为[start, end];
* 否则,返回false
* @note: 算法时间复杂度为O(n),序列中每个元素都多扫描两次
*/

static bool ShortestSubsequence(size_t data[], size_t num, size_t threshold,
                         size_t &start, size_t &end)
{
    assert(num > 0 && threshold > 0);

    // 标记满足条件的子序列是否存在
    bool found = false;

    // 初始子序列
    size_t first = 0;
    size_t len = 0;
    size_t sum = 0;

    for (size_t i = 0; i < num;) {
        // 向后搜索满足条件的子序列
        while (i < num && sum < threshold) {
            sum += data[i++];
            ++len;
        }

        if (sum < threshold)
            break; // 当前子序列之和小于阈值(已达到目标序列尾)

        // 修正(尽量缩短)当前满足条件的子序列
        while (sum - data[first] >= threshold) {
            sum -= data[first++];
            --len;
        }

        if (!found || len < end - start + 1) {
            start = first; // 更新最短子序列
            end = i - 1;
            found = true;
        }

        // 去掉当前满足条件的子序列最前一个或者两个(如果有两个的话)元素,
        // 形成新的子序列,继续向后搜索
        sum -= data[first++];
        --len;

        if (len > 0) {
            sum -= data[first++];
            --len;
        }
    }

    return found;
}

static void Test(size_t testNum, size_t data[], size_t num, size_t threshold)
{
    cout << "Test " << testNum << ":\n";
    cout << ">>\nSequence: [";
    copy(data, data + num, ostream_iterator<size_t>(cout, " "));
    cout << "]\n";
    cout << "Threshold: " << threshold << endl;

    size_t minStart, minEnd;
    bool exist = ShortestSubsequence(data, num, threshold, minStart, minEnd);
    if (exist)
        cout << "Found:[" << minStart << ", " << minEnd << "]\n";
    else
        cout << "Not Found\n";

    cout << "<<\n" << endl;

}

void ShortestSubsequence_Test()
{
    size_t data1[] = {5};
    size_t num1 = sizeof(data1) / sizeof(data1[0]);
    size_t threshold1 = 5;
    Test(1, data1, num1, threshold1);

    size_t data2[] = {5};
    size_t num2 = sizeof(data2) / sizeof(data2[0]);
    size_t threshold2 = 6;
    Test(2, data2, num2, threshold2);

    size_t data3[] = {5, 8, 4, 7, 10, 5, 2};
    size_t num3 = sizeof(data3) / sizeof(data3[0]);
    size_t threshold3 = 18;
    Test(3, data3, num3, threshold3);

    size_t data4[] = {5, 8, 4, 7, 10, 5, 17, 10};
    size_t num4 = sizeof(data4) / sizeof(data4[0]);
    size_t threshold4 = 18;
    Test(4, data4, num4, threshold4);

    size_t data5[] = {5, 8, 4, 7, 10, 5, 12, 18};
    size_t num5 = sizeof(data5) / sizeof(data5[0]);
    size_t threshold5 = 18;
    Test(5, data5, num5, threshold5);
}

程序输出结果:

 Test 1:
>>
Sequence: [5 ]
Threshold: 5
Found:[0, 0]
<<

Test 2:
>>
Sequence: [5 ]
Threshold: 6
Not Found
<<

Test 3:
>>
Sequence: [5 8 4 7 10 5 2 ]
Threshold: 18
Found:[1, 3]
<<

Test 4:
>>
Sequence: [5 8 4 7 10 5 17 10 ]
Threshold: 18
Found:[5, 6]
<<

Test 5:
>>
Sequence: [5 8 4 7 10 5 12 18 ]
Threshold: 18
Found:[7, 7]
<<


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