• Solutions for the Maximum Subsequence Sum Problem


    The maximum subarray problem is the task of finding the contiguous subarray within a one-dimensional array of numbers (containing at least one positive number) which has the largest sum. For example, for the sequence of values −2, 1, −3, 4, −1, 2, 1, −5, 4; the contiguous subarray with the largest sum is 4, −1, 2, 1, with sum 6. --from wiki


    下面我们分析四种算法的时间性能,由于运行时间相差较大,我们分成两组进行对比:

    环境:ubuntu 12.04

    时间单位:ms

    时间性能:presume that the input is preread


    第一组:输入数据元素个数2000

     C++ Code 
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    /*************************************************************************
        > File Name: algorithm1.c
        > Author: Simba
        > Mail: dameng34@163.com
        > Created Time: 2012年12月24日 星期一 22时41分56秒
     ************************************************************************/

    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<time.h>
    #include<sys/time.h>

    int maxsubsum1(const int a[], int n)
    {
        int thissum, maxsum, i, j, k;

        maxsum = 0;
        for (i = 0; i < n; i++)
        {
            for (j = i; j < n; j++)
            {
                thissum = 0;
                for (k = i; k <= j; k++)
                    thissum += a[k];

                if (thissum > maxsum)
                    maxsum = thissum;
            }
        }
        return maxsum;
    }

    int maxsubsum2(const int a[], int n)
    {
        int thissum, maxsum, i, j;

        maxsum = 0;
        for (i = 0; i < n; i++)
        {
            thissum = 0;
            for (j = i; j < n; j++)
            {
                thissum += a[j];

                if (thissum > maxsum)
                    maxsum = thissum;
            }
        }
        return maxsum;
    }

    long GetTickCount(void)
    {
        struct timeval tv;

        gettimeofday(&tv, NULL);

        return (tv.tv_sec * 1000 + tv.tv_usec / 1000);
    }

    int main(void)
    {
        int i, n = 2000;
        int *ptr = malloc(sizeof(int) * n);
        srand(time(NULL));
        for (i = 0; i < n; i++)
            ptr[i] = rand() % 50 - 25;
        // adopt algorithm  1
        unsigned int utimecost = GetTickCount();
        int result = maxsubsum1(ptr, n);
        utimecost = GetTickCount() - utimecost;
        printf("max subsequence sum is %d, time cost %d ", result, utimecost);

        // adopt algorithm  2
        utimecost = GetTickCount();
        result = maxsubsum2(ptr, n);
        utimecost = GetTickCount() - utimecost;
        printf("max subsequence sum is %d, time cost %d ", result, utimecost);

        free(ptr);

        return 0;
    }

    输出为:

    max subsequence sum is 275, time cost 4423
    max subsequence sum is 275, time cost 6


    第二组:输入数据元素个数 1000000

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        > File Name: divide_conquer.c
        > Author: Simba
        > Mail: dameng34@163.com
        > Created Time: 2012年12月24日 星期一 23时24分41秒
     ************************************************************************/

    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<time.h>
    #include <sys/time.h> /* struct timeval, gettimeofday(), struct itimerval, setitimer(), ITIMER_REAL */

    int divide_conquer(int arr[], int start, int end)
    {
        if(start == end)
            return (arr[start] > 0 ? arr[start] : 0);

        int mid = (start + end) / 2;
        int max_left = divide_conquer(arr, start, mid);
        int max_right = divide_conquer(arr, mid + 1, end);
        // mid subsequence

        int max_left_border = 0;
        int tmp_sum = 0;
        int i;

        for(i = mid; i >= start; i--)
        {
            tmp_sum += arr[i];
            if(tmp_sum > max_left_border)
                max_left_border = tmp_sum;
        }

        int max_right_border = 0;
        tmp_sum = 0;
        for(i = mid + 1; i <= end; i++)
        {
            tmp_sum += arr[i];
            if(tmp_sum > max_right_border)
                max_right_border = tmp_sum;
        }

        int max_mid = max_left_border + max_right_border;
        // max subsequence
        int iresult = max_left;
        if(max_right > iresult)
            iresult = max_right;
        if(max_mid > iresult)
            iresult = max_mid;
        return iresult;
    }

    int maxsubsum3(const int a[], int n)
    {
        int j, thissum, maxsum;
        thissum = maxsum = 0;
        for (j = 0; j < n; j++)
        {
            thissum += a[j];

            if (thissum > maxsum)
                maxsum = thissum;
            else if (thissum < 0)
                thissum = 0;
        }

        return maxsum;
    }

    long GetTickCount(void)
    {
        struct timeval tv;

        gettimeofday(&tv, NULL);

        return (tv.tv_sec * 1000 + tv.tv_usec / 1000);
    }

    int main(void)
    {
        int i, n = 1000000;
        int *ptr = malloc(sizeof(int) * n);
        srand(time(NULL));
        for (i = 0; i < n; i++)
            ptr[i] = rand() % 50 - 25;
        // adopt divide_conquer algorithm
        unsigned int utimecost = GetTickCount();
        int result = divide_conquer(ptr, 0, n - 1);
        utimecost = GetTickCount() - utimecost;
        printf("max subsequence sum is %d, time cost %d ", result, utimecost);
        // adopt algorithm 3
        utimecost = GetTickCount();
        result = maxsubsum3(ptr, n);
        utimecost = GetTickCount() - utimecost;
        printf("max subsequence sum is %d, time cost %d ", result, utimecost);

        free(ptr);

        return 0;
    }




    输出为:

    max subsequence sum is 2410, time cost 217
    max subsequence sum is 2410, time cost 4


    分析:

    在《data structure and algorithm analysis in c》中有对这四种算法时间性能的分析,依次下来分别是O(n^3),O(n^2),O(nlogn),O(n),即使我们在第二组输入的元素个数是第一组的500倍,第二组的运行时间都要比第一组的小。下图2-2是作者写书时测试的时间列表,显然现在的机器运行得更快。



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