动态规划求解不重叠子数组最大和
2025年3月2日大约 45 分钟
动态规划求解不重叠子数组最大和
- 会话记录:https://chat.deepseek.com/a/chat/s/ceaf61a9-30df-4e54-841a-16bc6fd73b33
- 题目:第 439 场周赛 T3:3473. 长度至少为 M 的 K 个子数组之和
- 无修改 AC。
USER
给你一个整数数组 nums 和两个整数 k 和 m。
返回数组 nums 中 k 个不重叠子数组的 最大 和,其中每个子数组的长度 至少 为 m。
子数组 是数组中的一个连续序列。
示例 1:
输入: nums = [1,2,-1,3,3,4], k = 2, m = 2
输出: 13
解释:
最优的选择是:
子数组 nums[3..5] 的和为 3 + 3 + 4 = 10(长度为 3 >= m)。
子数组 nums[0..1] 的和为 1 + 2 = 3(长度为 2 >= m)。
总和为 10 + 3 = 13。
示例 2:
输入: nums = [-10,3,-1,-2], k = 4, m = 1
输出: -10
解释:
最优的选择是将每个元素作为一个子数组。输出为 (-10) + 3 + (-1) + (-2) = -10。
提示:
1 <= nums.length <= 2000
-10^4 <= nums[i] <= 10^4
1 <= k <= floor(nums.length / m)
1 <= m <= 3
``py
class Solution:
def maxSum(self, nums: List[int], k: int, m: int) -> int:
``
ASSISTANT
已深度思考(用时 763 秒)
嗯,我现在得解决这个问题:给定一个整数数组nums,和两个整数k和m,返回数组nums中k个不重叠子数组的最大和,每个子数组的长度至少为m。子数组是连续的元素序列。看起来有点挑战性。我得仔细想想怎么做。
首先,我得理解问题。比如说,示例1中,nums是[1,2,-1,3,3,4],k=2,m=2。输出是13。那两个子数组的长度分别是2和3,都满足>=m。它们的和总和最大。示例2中,每个子数组长度是1,刚好满足m=1的情况,总和是它们的和,但这时候必须选4个子数组,所以无论如何都要选所有元素,虽然都是负数。
那问题转化为,如何选出k个不重叠的子数组,每个长度至少m,且它们的和总和最大。这可能涉及到动态规划,因为对于这种最优化问题,动态规划是常见的方法。
那我得考虑动态规划的状态定义。假设dp[i][j]表示前i个元素中选j个子数组的最大和。那么状态转移需要考虑,最后一个子数组的结束位置,以及如何分割前面的子数组。
但是,这里每个子数组的长度至少是m。所以,当处理到第i个元素时,假设要选最后一个子数组,那么该子数组的结束位置是i,而起始位置至少是i-m+1的位置。或者可能需要更早的位置?
或者,另一个思路是,对于每个位置i和子数组数目j,我们需要知道最后一个子数组的起始位置。这可能比较复杂。所以可能需要更精细的状态定义。
另外,由于子数组必须不重叠,所以每次选择一个子数组后,下一个子数组必须在其之后的位置开始。例如,如果最后一个子数组的结束位置是p,那么下一个子数组的起始位置至少是p+1。
所以,可能的动态规划状态可以是dp[j][i],表示前i个元素中选j个子数组的最大和。这样,当处理到第i个元素时,我们需要找到最后一个子数组的可能起始位置,并且该子数组的长度至少为m。然后,加上前面的j-1个子数组的最大和。
例如,假设当前处理到j个子数组,在第i个位置结束。那么最后一个子数组的起始位置可以是某个位置s,使得i - s +1 >=m。并且之前的j-1个子数组的最大和是dp[j-1][s-1]。
所以状态转移方程可能类似于:dp[j][i] = max(dp[j][i-1], max_{s} (dp[j-1][s-1] + sum(nums[s...i])) )
但这样计算的话,时间复杂度可能会很高,因为对于每个j和i,需要遍历所有可能的s,这在最坏情况下是O(n)次,总共有k*n次状态,所以总的时间复杂度是O(k*n^2),当n是2000时,这样的复杂度可能无法通过,因为2000^2是4e6,再乘以k(比如可能到1000),就变成4e9,这显然太大了。
那这样必须优化这个动态规划的状态转移。
另一个想法是预处理前缀和,这样计算子数组的和可以更快。前缀和数组pre_sum,其中pre_sum[i]表示前i个元素的和。那么sum(s...i)就是pre_sum[i+1] - pre_sum[s]。所以我们可以预先计算pre_sum,这样在计算子数组和时可以O(1)时间得到。
那对于状态转移方程中的sum部分,可以用pre_sum来快速计算。但是如何优化max(dp[j-1][s-1] + pre_sum[i+1] - pre_sum[s])这一部分呢?这可以转化为pre_sum[i+1] + max( dp[j-1][s-1] - pre_sum[s] ),其中s的取值范围是:i - m +1 >= s >=0?或者说,s的范围需要满足i - s +1 >=m,即s <= i -m +1?例如,对于子数组长度至少m,那么起始位置s最多是i -m +1的位置?
比如,当子数组结束于i时,起始位置可以是s,使得s <=i -m +1。比如m=2时,i的位置至少是s+1 >=s +2-1 → s <=i-1。或者说,长度是i -s +1 >=m → s <= i -m +1。例如,当i是5,m=2时,s可以是0到4的位置?不,比如当i=5,m=2时,子数组的长度必须至少2,所以s可以是4或5?或者我可能搞错了。
比如,假设子数组的结束位置是i,起始位置是s。那么子数组的长度是i - s +1。例如,s=4,i=5的话,长度是2,满足m=2。所以当m=2时,起始位置s的取值范围是0到i - m +1。例如,i=5,m=2时,i -m +1 =5-2+1=4,所以s可以是0到4?或者说s可以是0到i -m +1?例如,当s的取值范围是 s <= i -m +1?或者可能我的数学需要重新计算。
举个例子,比如i=3,m=2。那么子数组的长度必须>=2。起始位置s可以是0、1、2?比如s=2的话,i=3,长度是2。是的。所以起始位置s的取值必须满足i - s +1 >=m → s <=i -m +1。所以对于每个i,可能的s的范围是s <=i -m +1,并且s >=0。所以当i >=m-1时,才有足够的长度。
因此,在动态规划的状态转移中,当处理到i和j时,我们需要枚举所有可能的s,使得s <=i -m +1,并且s >=0,并且s >=某个位置以确保前面的子数组可以选j-1个。
这可能还是很麻烦,因为每次要遍历所有可能的s,然后计算最大值。
那这时候,如何优化这个max操作?假设我们可以维护一个数组,记录对于每个j和可能的s,dp[j-1][s-1] - pre_sum[s]的最大值。这样,当i增加时,我们可以快速得到这个最大值。
例如,当计算dp[j][i]时,我们需要最大的(dp[j-1][s-1] + sum(s..i))。sum(s..i)等于pre_sum[i+1] - pre_sum[s]。所以,dp[j][i] = max( dp[j][i-1], max_{s} (dp[j-1][s-1] + pre_sum[i+1] - pre_sum[s] ) )
可以把这个式子拆分为pre_sum[i+1] + max( dp[j-1][s-1] - pre_sum[s] ),其中s <=i -m +1。所以,如果对于每个j,我们能够维护一个最大值结构,比如一个滑动窗口的最大值,或者某种前缀最大值,那么可能可以优化时间复杂度。
例如,对于每个j,我们可以维护一个数组max_prev[j][i],表示在位置i时,对于j-1的子问题,最大的dp[j-1][s-1] - pre_sum[s},其中s的取值范围是满足s <=i -m +1的条件。这可能可以提前计算或者通过某种方式维护。
或者,当处理到j层时,我们可以维护一个变量,记录当前可选的s对应的最大值。例如,当i增加时,s的可能范围也在变化,可以维护一个队列或者滑动窗口的最大值,从而在O(1)或O(1)均摊时间内得到最大值。
举个例子,假设j是当前处理的子数组数目,那么在计算j层的时候,我们需要遍历i,并对于每个i,找到最大的(dp[j-1][s-1] - pre_sum[s])的值,其中s的范围是 [0, i -m +1]。这可能是一个滑动窗口的问题,因为当i增加时,s的上界也随之增加。例如,当i从0开始增加到n-1时,对于每个j层,我们可能需要维护一个窗口,保存所有可能的s对应的值,然后找到最大值。
或者,可以预处理每个可能的j-1层的前缀最大值。例如,对于每个j-1层,我们可以预先计算一个数组max_val,其中max_val[i]表示在j-1层中,s从0到i时,最大的(dp[j-1][s-1] - pre_sum[s])的值。这样,当处理j层的i时,我们可以直接取max_val[i -m +1],这样就能得到最大的值。前提是i -m +1 >=0,否则无法选择足够长的子数组。
这可能是一个可行的优化方法。例如,对于每个j层,当处理i时,最大的s的范围是0到i -m +1。所以,如果我们预处理了j-1层的max_val数组,那么对于每个i,我们只需要取max_val[i -m +1],就能得到最大的(dp[j-1][s-1] - pre_sum[s])的值,其中s<=i -m +1。
那如何预处理max_val数组呢?假设max_val数组是j-1层的前缀最大值数组。例如,max_val[i]保存的是从s=0到s=i的最大(dp[j-1][s-1] - pre_sum[s])的值。这样,当i -m +1 >=0时,我们可以直接取max_val[i -m +1],因为这时候最大的可能s是i -m +1,所以max_val[i -m +1]保存的是从0到该位置的最大值。
这样,状态转移方程可以改写为:
dp[j][i] = max( dp[j][i-1], pre_sum[i+1] + max_val[i -m +1] )
这样,每个状态转移的时间复杂度就降到了O(1),前提是max_val数组已经预处理好了。这样,整体的时间复杂度可以降到O(k*n),因为每个j层需要O(n)时间处理,每个i只需要O(1)时间,加上预处理max_val的时间。
那如何预处理max_val数组?
假设对于j-1层的每个位置s,我们有dp[j-1][s-1]的值。那么,max_val数组的第s个元素是dp[j-1][s-1] - pre_sum[s]。max_val数组的前缀最大值数组,即每个位置i保存的是从0到i的max_val中的最大值。
例如,max_prefix[i] = max( max_val[0], max_val[1], ..., max_val[i] )
那么,当处理j层的时候,对于i来说,我们需要的s的范围是0到i -m +1。所以,此时max_prefix[i -m +1]的值即为最大的可能值。
这样,预处理每个j层的max_prefix数组,可以使得在j层处理时,每个i的转移只需要O(1)时间。
现在,整个动态规划的思路大致如下:
初始化前缀和数组pre_sum,其中pre_sum[0] =0,pre_sum[i] = nums[0]+...+nums[i-1]。这样sum(s..i) = pre_sum[i+1] - pre_sum[s]。
然后,动态规划数组dp[j][i]表示前i+1个元素(即nums[0..i])中选j个子数组的最大和。
初始化dp[0][i] =0,因为选0个子数组的和是0。或者可能当j=0时,无论i是什么,dp都是0。而当j>=1时,需要根据前面的状态转移。
对于j从1到k:
对于每个j,预处理max_val数组,其中max_val[s] = dp[j-1][s-1] - pre_sum[s]
然后预处理max_prefix数组,max_prefix[s] = max(max_prefix[s-1], max_val[s])
然后对于i从0到n-1:
可能的候选值有两个:
不选当前元素作为子数组的结束,此时dp[j][i] = dp[j][i-1]
或者选当前元素作为第j个子数组的结束,此时需要找到一个s,使得子数组s..i的长度>=m。这时候的最大值是pre_sum[i+1] + max_val[s]的最大值,其中s <=i -m +1。而max_val[s]的最大值可以通过max_prefix[i -m +1]获得。
所以,当i >= m-1(因为i -m +1 >=0时),此时可以选s的可能范围。否则,无法选j个子数组中的最后一个子数组。
所以,当i >=m-1时,候选值为pre_sum[i+1] + max_prefix[i -m +1]
然后,dp[j][i]是这两个候选值的最大值,或者如果i <m-1时,只能取不选的情况。
这可能还不太正确,需要仔细考虑边界条件。
例如,当i >=m-1时,我们才可能形成一个子数组长度>=m。例如,当m=2时,i的最小是1(因为i从0开始),此时子数组长度是2(i=1,s可以是0)。
那么,当处理到j层时,对于每个i:
如果i < (m-1) + (j-1)*m?或者说,当处理j个子数组时,每个子数组至少m长度,所以总的长度至少是j*m。例如,当数组长度n <j*m的话,无法选择j个子数组。因此,这种情况下,无法得到解,但根据问题描述,给出的k是满足条件的,即1<=k <= floor(n/m)。所以可能不需要处理这种情况。
但根据问题中的示例2,当k等于数组长度时,每个子数组的长度是1,这显然当m=1时,此时总长度是k*1 =k,而数组长度是4,所以k=4是允许的。因此,当m=1时,k可以是数组长度。
所以,在动态规划的处理中,需要处理各种情况。
现在,回到动态规划的初始化问题。假设dp[j][i]表示前i+1个元素(即nums[0..i])中选j个子数组的最大和。那么,当i是0的时候,可能无法选任何子数组,除非m=1且j=1。
那么初始条件应该是怎样的?
比如,当j=0时,无论i是什么,dp[j][i] =0。因为没有选任何子数组,和为0。这可能合理吗?或者可能题目中k>=1?
问题中的输入k是至少1的,所以可能不需要处理j=0的情况。不过,在动态规划过程中,j从1到k进行处理,而初始条件是当j=0时,dp[0][i]=0。
接下来,如何初始化dp数组?
假设dp是一个二维数组,大小为(k+1) x n。其中,dp[j][i]表示前i+1个元素选j个子数组的最大和。或者,可能需要将i的维度扩展到n,而不是n-1?
或者,可能更好的方式是将i的范围从0到n-1,对应nums[0..i],总共有i+1个元素。那么,当处理j=1时,比如,要选一个子数组,长度>=m。所以,当i >=m-1时,才能形成这样的子数组。
例如,当m=2,i=1时,子数组可以是nums[0..1],长度2。当i=0时,无法满足m=2的条件,所以不能选j=1的子数组。
所以,对于每个j来说,只有当i >=j*m -1时,才有可能选j个子数组。否则,dp[j][i]的值可能为负无穷或者不可能的情况。
但如何初始化?比如,当j=1时,dp[1][i]表示前i+1个元素中选1个子数组的最大和,长度至少m。对于i <m-1的情况,这样的子数组无法存在,所以dp[1][i]应该为-无穷,表示不可能。或者,只有当i >=m-1时,才可能有解。
这可能比较复杂。所以,在动态规划的处理中,需要处理这些边界条件。
现在,回到动态规划的步骤:
首先,预处理pre_sum数组。例如:
pre_sum[0] =0
pre_sum[i+1] = pre_sum[i] + nums[i]
这样,sum(s..i) = pre_sum[i+1] - pre_sum[s]
然后,初始化dp数组为-无穷大,其中dp[0][i] =0,因为选0个子数组的和是0。对于j>0的情况,初始化为-无穷,表示不可行。
然后,对于j从1到k:
预处理当前j层的max_val数组。max_val[s] = dp[j-1][s-1] - pre_sum[s]
预处理max_prefix数组,其中max_prefix[s] = max(max_val[0..s])
然后,对于每个i,从0到n-1:
如果i >=m-1:
s的上界是i -m +1
if s上界 >=0:
current_max = pre_sum[i+1] + max_prefix[s上界]
那么,dp[j][i] = max( dp[j][i-1], current_max )
else:
无法形成这样的子数组,所以dp[j][i] = dp[j][i-1]
否则:
dp[j][i] = dp[j][i-1]
另外,如果i>0,那么dp[j][i] = max( dp[j][i], dp[j][i-1] )
这可能?
或者,这个处理是否正确?
例如,假设j=1时,i从0到n-1:
当i >=m-1时,可以选一个子数组,长度>=m。此时,s的取值范围是0到i -m +1。对于每个s,子数组是s..i,长度i-s+1 >=m。此时,sum(s..i) = pre_sum[i+1] - pre_sum[s]。所以,最大的sum(s..i)就是在所有可能的s中取最大的pre_sum[i+1] - pre_sum[s]。所以,当j=1时,dp[1][i] = max( max_{s<=i -m +1} (pre_sum[i+1] - pre_sum[s]) )
或者,对于j=1时,最大和是某个子数组的和的最大值,该子数组长度>=m。而这个问题可以转化为,对于每个i,计算以i结尾的子数组中,长度>=m的最大子数组的和。这可以通过滑动窗口或者预处理的方式得到。
但动态规划的方法可能需要处理所有可能的j的情况。
现在,假设按照之前的思路,动态规划的步骤是正确的,那么具体实现的时候需要注意哪些问题?
例如,在预处理max_val数组的时候,当j-1层中s-1的位置的dp值是否有效?例如,当j-1子数组的情况下,s-1的位置是否有足够的位置?或者说,当j-1子数组时,s-1的位置必须至少是某个值?
这可能涉及到动态规划的正确性。例如,在计算dp[j][i]时,是否必须确保s-1的位置的dp[j-1][s-1]是有效的?
是的。例如,在计算dp[j][i]时,假设当前的s的取值范围是0到i -m +1。那么,s可以取0吗?这时,s-1是-1,对应的dp[j-1][s-1]即dp[j-1][-1],这显然是不合法的。所以这可能是个错误。
那这说明,我的动态规划的状态定义可能有问题。比如,dp[j][i]表示前i+1个元素中选j个子数组的最大和。那么,当s=0时,s-1是-1,而dp[j-1][s-1]对应的是前0个元素选j-1个子数组的情况,这在j-1=0时是允许的吗?
例如,当j-1=0时,s=0的情况下,s-1=-1,而dp[0][-1]应该被处理为0吗?因为前0个元素选0个子数组的和是0?
或者,可能状态定义需要调整,比如dp[j][i]表示前i个元素(即nums[0..i-1])中选j个子数组的最大和。这样,当i=0时,表示没有元素,此时dp[0][0] =0,而dp[j>0][0] =-infinity。这可能更合理。
这可能更合适。例如,pre_sum的长度是n+1,其中pre_sum[0]=0,pre_sum[i]是前i个元素的和。那么,对于动态规划的状态dp[j][i],表示前i个元素(nums[0..i-1])中选j个子数组的最大和。那么,当i=0时,表示没有元素,此时j=0时和为0,其他情况不可行。
这样,当处理s的取值范围时,比如,子数组的结束位置是i-1,起始位置是s,那么子数组的长度是i-1 -s +1 =i -s。所以,i- s >=m → s <= i -m.
例如,子数组从s到i-1的位置,长度是i -s >=m → s <=i -m. 所以,s的取值范围是0 <= s <=i -m.
这样,当处理到dp[j][i]时,可能的转移是,取一个子数组s..i-1,其中s <=i -m。此时,前面的j-1个子数组必须结束在s的位置,即dp[j-1][s]。
哦,这可能需要重新考虑状态转移的方式。
假设状态dp[j][i]表示前i个元素(nums[0..i-1])选j个子数组的最大和。那么,当我们要选第j个子数组时,最后一个子数组的结束位置是i-1,起始位置是s,那么子数组的长度是i-1 -s +1 =i -s >=m → s <=i -m.
所以,s的范围是0 <=s <=i -m.
此时,该子数组的和是pre_sum[i] - pre_sum[s].
所以,状态转移方程可以是:
dp[j][i] = max( dp[j][i-1], max_{s <=i -m} ( dp[j-1][s] + pre_sum[i] - pre_sum[s] ) )
即,当前i元素是否被包含在第j个子数组中。如果包含的话,那么该子数组的起始位置s必须在0到i -m的范围内。然后,取所有可能的s中最大的dp[j-1][s] + sum(s..i-1)的和。
此时,sum(s..i-1)等于pre_sum[i] - pre_sum[s]。所以,转移方程可以写为:
dp[j][i] = max( dp[j][i-1], pre_sum[i] + max_{s <=i -m} ( dp[j-1][s] - pre_sum[s] ) )
这样,对于每个j和i,我们只需要计算最大的(dp[j-1][s] - pre_sum[s])的值,其中s <=i -m.
这看起来更合理。因为此时,s的取值范围是0到i -m,其中i是当前的i,而s的取值范围必须满足i >=m(因为i -m >=0 → i >=m)。
这样,当i <m时,无法选择最后一个子数组,所以此时只能取dp[j][i] = dp[j][i-1]. 但对于j=0的情况可能需要特殊处理。
现在,这个状态转移方程的结构可能更容易处理。因为,对于每个j层,当处理到i的时候,max部分可以通过维护一个前缀最大值数组来快速得到。
例如,预处理每个j-1层的max_prev数组,其中max_prev[i] = max{ dp[j-1][s] - pre_sum[s] } for s <=i.
这样,当处理j层的i时,max_prev[i -m]的值即为最大的(dp[j-1][s] - pre_sum[s})的值,其中s <=i -m.
那么,状态转移方程可以写为:
dp[j][i] = max( dp[j][i-1], pre_sum[i] + max_prev[i -m] )
但需要注意i >=m的情况。当i >=m时,i -m >=0。否则,max_prev[i -m]可能无效。
所以,当i >=m时,可以计算pre_sum[i] + max_prev[i -m]. 否则,无法选择最后一个子数组,所以只能取dp[j][i-1}.
那如何预处理max_prev数组?
对于每个j层,max_prev数组保存的是,对于每个位置s,dp[j][s] - pre_sum[s}的最大值,从0到s的最大值。例如,max_prev[i] = max( dp[j][0] - pre_sum[0}, dp[j][1} - pre_sum[1}, ..., dp[j][i} - pre_sum[i} )
这样,当处理j层的i时,我们需要的是max_prev[i -m]的值。这要求max_prev数组已经计算到i -m的位置。
这可能可行。比如,当处理j层时,我们可以先计算j-1层的max_prev数组,然后在处理j层的i时,使用这个数组。
那么,具体步骤可能是这样的:
初始化pre_sum数组。
初始化dp数组为-无穷,其中dp[0][i] =0,因为选0个子数组的和为0。其他情况初始化为-无穷。
预处理max_prev数组。对于每个j层,预处理max_prev数组:
max_prev[j][i] = max( max_prev[j][i-1], dp[j][i] - pre_sum[i} )
或者,可能每个j层的max_prev数组是独立计算的。例如,对于j-1层,max_prev数组是max_prev_prev数组,保存的是dp[j-1][s} - pre_sum[s}的前缀最大值。例如:
max_prev_prev[i] = max{ dp[j-1][0} - pre_sum[0}, ..., dp[j-1][i} - pre_sum[i} }
这样,当处理j层的i时,我们需要的max_prev_prev[i -m}的值就是最大的可能值。
那在代码中,如何处理这个?
可能的步骤:
对于每个j从1到k:
处理j层:
创建当前层的max_prev数组。
max_prev_prev数组是j-1层的max_prev数组。
然后,对于i从0到n:
如果i ==0:
max_prev_prev[i] = dp[j-1][0} - pre_sum[0}
否则:
max_prev_prev[i] = max( max_prev_prev[i-1}, dp[j-1][i} - pre_sum[i} )
然后,处理j层的i:
for i in 1 to n:
dp[j][i] = dp[j][i-1} # 不选当前元素
if i >=m:
s_max = i -m
current_max = pre_sum[i} + max_prev_prev[s_max}
if current_max > dp[j][i}:
dp[j][i} = current_max
这样,当i >=m时,可以尝试选择以i结尾的子数组,并取最大的可能的s_max对应的值。
那这似乎更合理,因为s_max是i-m的位置,即s的取值范围是0到i-m。此时,max_prev_prev[s_max}保存的是在j-1层中,s从0到s_max的(dp[j-1][s} - pre_sum[s})的最大值。
这样,当处理i时,只需要比较当前不选的情况(即dp[j][i-1})和选择的情况(pre_sum[i} + max_prev_prev[s_max})的最大值。
这样,整个动态规划的时间复杂度是O(k*n),因为每个j层需要处理n个i,并且预处理max_prev_prev数组的时间也是O(n)。因此,总的时间复杂度是O(k*n),这在n=2000和k=2000的情况下,是可行的。
现在,我需要考虑如何初始化dp数组。例如,当j=0时,dp[0][i} =0,因为选0个子数组的和为0。对于j>=1,初始化为-无穷,表示不可行。
然后,当处理j=1时:
对于每个i,从1到n:
dp[1][i} = max( dp[1][i-1}, pre_sum[i} + max_prev_prev[i -m} )
其中,max_prev_prev是j=0层的max_prev数组。而j=0层的max_prev数组是:
max_prev_prev[i} = max( max_prev_prev[i-1}, dp[0][i} - pre_sum[i} )
dp[0][i}是0,所以 max_prev_prev[i} = max( max_prev_prev[i-1}, 0 - pre_sum[i} )
这可能正确。
举个例子,示例1:
nums = [1,2,-1,3,3,4], k=2, m=2.
pre_sum数组是[0,1,3,2,5,8,12]
n=6.
处理j=1层时,我们需要计算max_prev_prev数组,其中每个i的值是max(0 - pre_sum[i} )的前缀最大值。例如:
i=0: max_prev_prev[0} = 0 - pre_sum[0} =0-0=0.
i=1: max(0-0, 0-1) → max(0,-1) →0.
i=2: max(0-0,0-1,0-3) → max(0,-1,-3)→0.
依此类推,这似乎不是正确的,因为当j=0时,max_prev_prev数组保存的是dp[j-1][s} - pre_sum[s}。而j-1=0-1=-1?这可能有问题。
哦,这说明我的思路有问题。因为当处理j=1时,j-1=0,所以max_prev_prev数组是针对j=0层的。
而j=0层的dp[j][i}是0。所以,max_prev_prev数组在j=0层时,每个i的值是0 - pre_sum[i},然后取前缀最大值。
例如,对于j=0层的max_prev_prev数组:
i从0到n(即0到6):
i=0: dp[0][0}=0 → 0 - pre_sum[0}=0-0=0. max_prev_prev[0}=0.
i=1: dp[0][1}=0 →0 -pre_sum[1} =-1. max_prev_prev[1}=max(0, -1)=0.
i=2: 0 -3=-3. max_prev_prev[2}=0.
以此类推,每个i的max_prev_prev[i}是最大的0 - pre_sum[i}的前缀最大值。例如:
pre_sum数组是[0,1,3,2,5,8,12].
max_prev_prev数组的构建过程:
初始化max_prev_prev数组长度为n+1=7。
max_prev_prev[0} =0-0=0.
i=1: max_prev_prev[i} = max( max_prev_prev[0}, 0 -1= -1 ) →0.
i=2: max(0, 0-3=-3) →0.
i=3: max(0, 0-2= -2 ) →0.
i=4: max(0, 0-5= -5 ) →0.
i=5: max(0, 0-8=-8 ) →0.
i=6: max(0, 0-12=-12 ) →0.
所以,对于j=0层的max_prev_prev数组,每个位置的值都是0。
当处理j=1层的i时,比如i=2(此时n=6,i从0到6?或者n是原数组长度6,pre_sum的长度是7,所以dp[j][i}中的i的范围是0到6):
当i >=m=2,例如i=2,那么s_max =i -m=0.
所以,pre_sum[i}是pre_sum[2}=3. max_prev_prev[0}=0. 所以,current_max=3 +0=3.
而dp[1][2}的候选值为max(dp[1][1}, 3). 由于dp[1][1}初始化为-无穷,所以当前值为3.
这可能对吗?当j=1时,i=2对应的前2个元素(nums[0..1])的长度为2,符合m=2的要求。sum是1+2=3。这应该是可能的,所以此时dp[1][2}的值为3.
而根据示例1,当j=2时,处理i=6的时候(最后一个元素),需要找到两个子数组,其中第二个子数组的可能起始位置s_max=6-2=4.
此时,pre_sum[6}=12。而max_prev_prev是j=1层的max_prev数组。这需要更多的步骤。
现在,我需要确保这个动态规划的正确性。例如,对于示例1的处理是否正确。
示例1中的j=2的情况:
当处理j=2时,max_prev_prev数组是j=1层的max_prev数组。而j=1层的max_prev数组保存的是每个i的dp[1][i} - pre_sum[i}的前缀最大值。
假设在j=1层处理完成后,dp[1][i}的值是:
比如,当i=2时,dp[1][2} =3。那么,pre_sum[2}=3。 dp[1][2} -pre_sum[2} =3-3=0.
当i=3时,处理方式:
s_max=3-2=1. pre_sum[3}=2. max_prev_prev[s_max}=max_prev_prev[1}=0(假设j=0层的max_prev_prev数组在j=1层时,此时max_prev_prev数组是j=0层的?或者可能我之前搞反了?)
哦,可能这里的问题在于,在动态规划处理的时候,对于每个j层,我们需要维护当前层的max_prev数组,用于下一个j+1层的计算。
比如,处理j=1层时:
预处理max_prev_prev数组是j=0层的max_prev数组(保存的是dp[j-1][s} - pre_sum[s}的前缀最大值,即当j=1时,j-1=0)。
然后,当处理j=1层的i时,计算dp[1][i}的值。
同时,计算j=1层的max_prev数组,用于j=2层的处理。
所以,对于每个j层,我们需要两个数组:当前层的dp数组,以及当前层的max_prev数组。然后,当处理j+1层时,使用j层的max_prev数组。
这样,在j=1层处理时,max_prev数组的每个i的值是max( max_prev[i-1}, dp[1][i} - pre_sum[i} )
所以,对于示例1中的j=1层,当i=2时,dp[1][2}=3,pre_sum[i}=3.所以 dp[1][2} - pre_sum[2} =0. max_prev数组的i=2的值是max(之前的最大值0,0) →0.
当i=5(pre_sum[5}=8)时,假设dp[1][5}的值是最大的子数组和。例如,最大的子数组可能是[3,3,4]的和是10。此时,i=5对应的pre_sum[5}=8吗?或者可能pre_sum数组的计算有误?
抱歉,可能我需要重新计算pre_sum数组。
原数组nums是[1,2,-1,3,3,4]。
pre_sum数组:
pre_sum[0} =0.
pre_sum[1} =1.
pre_sum[2} =1+2=3.
pre_sum[3} =3-1=2.
pre_sum[4} =2+3=5.
pre_sum[5} =5+3=8.
pre_sum[6} =8+4=12.
是的,这样。所以,当i=5时,pre_sum[i}是8。对应的是nums[0..4}的和吗?或者可能我搞反了索引?
因为pre_sum[i}是前i个元素的和。例如,pre_sum[5} = nums[0} + nums[1} + nums[2} + nums[3} + nums[4} → 1+2+(-1)+3+3=8.
是的。所以,当i=5时,对应的子数组的结束位置是4,起始位置s必须<=i -m=5-2=3。例如,s可以是0到3。所以,子数组的长度是5 -s >=2 → s <=3.
当处理j=1层时,dp[1][5}的值是最大的子数组的和。这可能是[3,3,4}的和,即nums[3..5}。但此时i=6对应pre_sum[6}=12。所以,当i=6时,s_max=6-2=4。max_prev_prev数组是j=0层的max_prev数组,其中i=4的值是0 - pre_sum[4}=0-5=-5。此时,pre_sum[6}是12。所以,current_max=12 + (-5) =7?这可能不对。
这说明我的动态规划思路可能哪里出错了。或者可能我的思路错误,无法正确计算这些情况。
或者,或许我需要重新考虑动态规划的状态转移。
另一个想法是,动态规划的状态dp[j][i}表示前i个元素,即nums[0..i-1},选j个子数组的最大和。这样,当处理i=6时,对应nums的前6个元素,即索引0到5。
那么,当处理j=2时,i=6的情况:
需要选择一个子数组,结束于i-1=5,起始位置s <=6 -m =6-2=4。所以s的范围是0到4。此时,该子数组的和是pre_sum[6} - pre_sum[s}。而前面的j-1=1个子数组必须结束于s的位置。
所以,当前的总和是dp[1][s} + (pre_sum[6} - pre_sum[s}).
为了最大化这个值,我们需要找到最大的dp[1][s} - pre_sum[s},其中s <=4.
假设在j=1层中,max_prev数组保存的是dp[1][s} - pre_sum[s}的前缀最大值。例如,对于s=4,max_prev[4}是最大的值。
例如,在示例1中,当j=1层处理完所有i之后,max_prev数组中的值可能是什么?
当i=5(即nums的前5个元素,索引0到4),对应的子数组的最大和是3+3=6?或者可能更大?
或者,当处理j=1层时,最大的子数组可能在不同的位置。例如,当i=6时(nums的前6个元素),处理j=1层:
s_max =6-2=4.
max_prev_prev数组(j=0层的max_prev数组)的各个值都是0,因为j=0层的max_prev数组的值是0 - pre_sum[i}的前缀最大值,如前所述。
所以,此时current_max = pre_sum[6} + max_prev_prev[4} =12 +0=12. 那么,dp[1][6}的候选值是max(dp[1][5}, 12). 假设之前的dp[1][5}的值是某个较小的值,比如8,那么此时dp[1][6}=12。这可能对应于子数组[3,3,4},和为10?这可能不对,因为pre_sum[6} - pre_sum[3}=12-2=10。而current_max是12,这显然有问题。
这说明我的动态规划的思路可能存在错误。
哦,哦,这里的问题可能出在max_prev数组的构建。例如,在j=1层的max_prev数组的max_prev_prev数组实际上是j=0层的max_prev数组,而j=0层的max_prev数组的值是0 -pre_sum[i}的前缀最大值,这在示例1的情况下全部是0。所以,在j=1层,当处理i时,current_max =pre_sum[i} +0,因为max_prev_prev[i -m}的值是0。这导致dp[j][i}的值是pre_sum[i}。例如,在i=6时,pre_sum[6}=12,所以dp[1][6}=12,这对应于子数组[0..5}的和是12,但这显然不对,因为整个数组的和是12,但子数组必须长度>=2。那在这种情况下,最大的子数组的和是12,长度6,这确实符合条件。所以,这可能是正确的。
那,此时,在示例1中,当j=1时,最大的子数组的和是12,对应的整个数组的和。而当j=2时,需要选择两个子数组。例如,第一个子数组可能选在0..1,和为3,第二个选在3..5,和为10,总和13。这需要在j=2层处理时,如何处理?
在j=2层处理i=6时:
s_max =6-2=4.
此时,max_prev_prev数组是j=1层的max_prev数组。j=1层的max_prev数组中的每个i保存的是dp[1][i} - pre_sum[i}的前缀最大值。
假设j=1层处理完所有i后,max_prev数组的各个值:
对于i=0,dp[1][0}是0?或者可能初始化为-无穷?
哦,动态规划的初始化可能有问题。比如,dp[j][i}的初始值是-无穷,除了j=0时的所有i都是0。然后,在j=1层处理时,只有当i >=m时,才能得到有效值。
所以,对于j=1层:
当i=0时,dp[1][0} =-infinite.
当i=1时,m=2,i=1 <m →无法选择,所以dp[1][1} =-infinite.
当i=2时,i >=m=2 →s_max=0. current_max =pre_sum[2} + max_prev_prev[0}=3 +0=3. 所以,dp[1][2} =3.
当i=3时,s_max=3-2=1. current_max =pre_sum[3} + max_prev_prev[1}=2 +0=2. 此时,dp[1][3} =max(3, 2)=3.
当i=4时,s_max=4-2=2. current_max=pre_sum[4} (5) + max_prev_prev[2} (0) →5. 所以,dp[1][4} =5.
当i=5时,s_max=5-2=3. current_max=pre_sum[5} (8) +0 →8. dp[1][5} =8.
当i=6时,s_max=4. current_max=12 + max_prev_prev[4} →假设max_prev_prev[4}的值是0 →12. 所以,dp[1][6} =12.
这表示在j=1层,最大的子数组的和是12,对应的整个数组的和。但是,在示例1中,当k=2时,我们选择两个子数组,所以当j=1时,必须选择整个数组作为唯一的子数组,所以这和示例中的情况不冲突。
此时,j=1层的max_prev数组的构建:
对于每个i,max_prev[i} =max( max_prev[i-1}, dp[1][i} - pre_sum[i} )
例如:
i=0:dp[1][0} is -infinity. 所以,dp[1][0} - pre_sum[0} = -infty. max_prev[0} = max( -infty, ...) →可能初始化为-无穷?
或者,可能初始化max_prev数组的初始值为-无穷,然后逐步计算。
假设max_prev数组初始化为-无穷。
处理j=1层时,max_prev_prev数组是j=0层的max_prev数组,其中max_prev_prev[i} =max(0 -pre_sum[i} 的前缀最大值)。
然后,在j=1层,计算max_prev数组:
对于i=0:
current_val = dp[1][0} -pre_sum[0} =-infty -0 =-infty.
max_prev[0} = max( -infty, -infty ) →-infty.
i=1:
current_val = dp[1][1} -pre_sum[1} =-infty -1 =-infty.
max_prev[1} =max( max_prev[0} (-infty), -infty ) →-infty.
i=2:
current_val =3 -3=0.
max_prev[2} =max( max_prev[1} (-infty), 0 )=0.
i=3:
current_val=3 -2=1.
max_prev[3} =max(0, 1) →1.
i=4:
current_val=5 -5=0.
max_prev[4} =max(1,0) →1.
i=5:
current_val=8-8=0.
max_prev[5} =max(1,0) →1.
i=6:
current_val=12-12=0.
max_prev[6} =max(1,0) →1.
所以,j=1层的max_prev数组的max_prev[i}的值为:
i=0→-infty,
i=1→-infty,
i=2→0,
i=3→1,
i=4→1,
i=5→1,
i=6→1.
现在,处理j=2层:
max_prev_prev数组是j=1层的max_prev数组,即各个i的max_prev[i}的值。
当处理到i=6时,s_max=6 -m=6-2=4.
此时,max_prev_prev[s_max}=max_prev_prev[4} =1.
pre_sum[i} =pre_sum[6}=12.
current_max=12 +1=13.
此时,dp[2][6} =max( dp[2][5}, 13 ) →假设dp[2][5}是某个值。
例如,在i=5时,处理j=2层:
s_max=5-2=3.
max_prev_prev[3} =1.
pre_sum[5}=8.
current_max=8+1=9. 如果之前的dp[2][4}是更大的值,那么可能这个会被保留。
假设在j=2层,处理i=6时,得到current_max=13,这正好是示例中的正确结果。
这说明这个动态规划的思路是正确的,可以处理示例中的情况。
综上,代码的大致思路是:
- 预处理前缀和数组pre_sum.
- 初始化动态规划数组dp,其中dp[j][i}表示前i个元素选j个子数组的最大和.
- 对于每个j从1到k:
a. 预处理当前j层的max_prev数组,其中max_prev_prev是j-1层的max_prev数组.
b. 预处理max_prev_prev数组,计算每个i的max_prev_prev[i} = max( max_prev_prev[i-1}, dp[j-1][i} - pre_sum[i} )
c. 对于每个i从1到n:
i. dp[j][i} = dp[j][i-1} →不选当前元素的情况.
ii. 如果i >=m:
s_max =i -m.
if s_max >=0:
current_candidate = pre_sum[i} + max_prev_prev[s_max}
dp[j][i} = max( dp[j][i}, current_candidate )
- 最终,dp[k][n}的值即为所求.
现在,需要考虑边界条件,例如当i <m的时候,无法选择足够的子数组长度,所以只能不选当前元素。
另外,初始化时,dp数组的初始值应该为-无穷大,除了dp[0][i} =0.
现在,用Python实现这个思路。需要注意的是,由于n可能达到2000,k也可能较大,所以需要使用二维数组来存储dp和max_prev数组,或者优化空间复杂度。
在Python中,可以使用两个一维数组来优化空间,因为每次处理j层时,只需要j-1层的数据。所以,可以将空间复杂度优化到O(n).
例如,可以使用两个一维数组:prev_dp和 curr_dp,分别保存j-1层和j层的dp值。同样,可以使用两个一维数组:prev_max和 curr_max,保存j-1层和j层的max_prev数组。
这可以节省空间,特别是当k较大时。
那代码的大致结构如下:
初始化pre_sum数组.
初始化prev_dp数组,其中prev_dp[i} =0,当j=0时.
prev_max数组保存的是prev_dp[i} - pre_sum[i}的前缀最大值.
对于每个 j from 1 to k:
初始化curr_dp数组为-无穷大.
初始化 curr_max数组.
curr_max数组的前缀最大值需要基于prev_max数组.
对于 i from 0 to n:
if i ==0:
curr_max[i} = prev_dp[i} - pre_sum[i}
else:
curr_max[i} = max( curr_max[i-1}, prev_dp[i} - pre_sum[i} )
for i from 1 to n:
curr_dp[i} = curr_dp[i-1} # 不选当前元素
if i >=m:
s_max =i -m
if s_max >=0:
candidate = pre_sum[i} + (prev_max[s_max} if j-1 >0 else 0)
if candidate > curr_dp[i}:
curr_dp[i} = candidate
prev_dp = curr_dp.copy()
prev_max = curr_max.copy()
最后,返回 prev_dp[n}
这可能存在一些错误,例如当j=1时,prev_dp是j-1=0层的数组,其所有值都是0。所以,prev_max数组是prev_dp[i} - pre_sum[i}的前缀最大值,即0 - pre_sum[i}的前缀最大值。
这可能正确。
现在,尝试编写代码:
首先,预处理pre_sum数组:
n = len(nums)
pre_sum = [0] * (n +1)
for i in range(n):
pre_sum[i+1] = pre_sum[i] + nums[i]
然后,初始化prev_dp数组。prev_dp的长度是n+1,其中prev_dp[i}表示前i个元素选0个子数组的和,即0.
prev_dp = [0]*(n+1)
prev_max数组的初始化:
prev_max = [ -inf ]*(n+1)
prev_max[0] = prev_dp[0] - pre_sum[0] →0-0=0.
for i in range(1, n+1):
prev_max[i] = max( prev_max[i-1], prev_dp[i} - pre_sum[i} )
或者,在j=0层时,prev_dp[i} =0,所以 prev_max[i} = max( prev_max[i-1}, 0 - pre_sum[i} )
例如,对于示例1中的j=0层,prev_max数组的值是前缀最大值,其中每个i的0 - pre_sum[i}的最大值。
然后,处理j from1 to k:
对于每个j层,初始化curr_dp数组为-无穷大.
curr_dp = [ -inf ]*(n+1)
curr_max数组也需要构建,但在处理当前j层的时候,curr_max数组是处理j层的max_prev数组,用于下一层吗?
或者,在处理j层时,curr_max数组保存的是当前层(j层)的max_prev数组,即dp[j][i} - pre_sum[i}的前缀最大值。这可能不需要,因为下一层需要的是j层的max_prev数组?
或者,可能每个j层的max_prev数组的构建方式为:在处理j层的时候,当计算完curr_dp数组后,构建curr_max数组作为当前层的max_prev数组,用于下一层的计算。
这可能更正确。例如:
对于每个j层:
curr_dp数组是当前层的dp值.
curr_max数组保存的是curr_dp[i} - pre_sum[i}的前缀最大值.
然后,prev_max数组在下一层的时候会被设置为curr_max数组.
这样,在j层处理时,prev_max数组是j-1层的max_prev数组,而curr_max数组是j层的max_prev数组。
这可能需要调整代码结构。
比如,在代码中:
prev_dp = [0]*(n+1) # j=0
prev_max = [ -inf ]*(n+1)
prev_max[0] = prev_dp[0} - pre_sum[0}
for i in range(1, n+1):
prev_max[i} = max( prev_max[i-1}, prev_dp[i} - pre_sum[i} )
然后,对于 j in 1..k:
curr_dp = [ -inf ]*(n+1)
curr_dp[0} =0? 不需要,因为选j个子数组不可能在0个元素的情况下,除非j=0.
curr_max = [ -inf ]*(n+1)
# 构建curr_max数组,这是当前层的max_prev数组,用于下一层.
# 但当前层的max_prev数组需要的是当前层的dp值减去pre_sum.
# 但这在构建curr_max数组时,需要在处理完curr_dp数组之后.
# 所以,处理顺序应该是:
# 先计算curr_dp数组,然后构建curr_max数组.
for i in range(0, n+1):
if i ==0:
curr_max[i} = curr_dp[i} - pre_sum[i}
else:
curr_max[i} = max( curr_max[i-1}, curr_dp[i} - pre_sum[i} )
但此时,curr_dp数组还没有被计算,所以这无法实现.
这说明我的思路有误。正确的处理顺序应该是,在处理j层的时候:
1. 计算curr_dp数组,基于prev_max数组(j-1层的max_prev数组)。
2. 计算curr_max数组,基于curr_dp数组.
然后,将prev_max和 prev_dp更新为当前层的curr_max和 curr_dp,以便处理下一层。
这样,在处理j层时,先计算curr_dp数组,然后基于curr_dp数组计算curr_max数组.
因此,代码的大致流程为:
初始化pre_sum.
prev_dp = [0]*(n+1)
prev_max = [ -inf ]*(n+1)
prev_max[0} = prev_dp[0} - pre_sum[0}
for i in 1 to n:
prev_max[i} = max( prev_max[i-1}, prev_dp[i} - pre_sum[i} )
for j in 1 to k:
curr_dp = [ -inf ]*(n+1)
# 处理i=0到n:
for i in 0 to n:
if i ==0:
curr_dp[i} = -inf # 前0个元素选j个子数组,不可能,除非j=0.
else:
curr_dp[i} = curr_dp[i-1}
if i >=m:
s_max =i -m
if s_max >=0:
candidate = pre_sum[i} + prev_max[s_max}
if candidate > curr_dp[i}:
curr_dp[i} = candidate
# 计算curr_max数组.
curr_max = [ -inf ]*(n+1)
curr_max[0} = curr_dp[0} - pre_sum[0}
for i in 1 to n:
curr_max[i} = max( curr_max[i-1}, curr_dp[i} - pre_sum[i} )
# 更新prev_dp and prev_max.
prev_dp = curr_dp
prev_max = curr_max
这样,在处理每个j层时,curr_dp数组的每个i的值是基于j-1层的prev_max数组的。
现在,对于示例1的处理:
当j=1层时,i从0到6:
i=0: curr_dp[0} =-inf.
i=1: i >=m=2? No. curr_dp[1} = curr_dp[0} =-inf.
i=2: i >=2 →s_max=0.
candidate = pre_sum[2} + prev_max[0} =3 +0=3.
curr_dp[2} = max(-inf,3) →3.
i=3: s_max=1.
prev_max[1}是0 →pre_sum[3}=2 →2+0=2 →curr_dp[3}=3.
i=4: s_max=2. prev_max[2}是0 →pre_sum[4}=5 →5+0=5 → curr_dp[4}=5.
i=5: s_max=3. prev_max[3}是0 →pre_sum[5}=8 →8+0=8 → curr_dp[5}=8.
i=6: s_max=4. prev_max[4}=0 →pre_sum[6}=12 →12+0=12 → curr_dp[6}=12.
然后,计算curr_max数组:
curr_max[i}是curr_dp[i} -pre_sum[i}的前缀最大值.
例如:
i=0: curr_dp[0}=-inf →curr_max[0}=-inf.
i=1: curr_dp[1}=-inf →curr_max[1}=-inf.
i=2:3 -3=0 →curr_max[2}=0.
i=3:3 -2=1 →curr_max[3}=1.
i=4:5-5=0 →max(1,0)=1.
i=5:8-8=0 →max(1,0)=1.
i=6:12-12=0 →max(1,0)=1.
所以,curr_max数组的各个值是:-inf, -inf, 0, 1,1,1,1.
在j=2层时,prev_max数组是curr_max数组的j=1层的结果.
处理j=2层时,i从0到6:
i=0: curr_dp[0}=-inf.
i=1: i <m → curr_dp[1} =-inf.
i=2: s_max=0. prev_max[0}=-inf →candidate=3 + (-inf) →无效,所以curr_dp[2} remains -inf.
i=3: s_max=1. prev_max[1}=-inf →candidate=2+ (-inf) →无效.
i=4: s_max=2. prev_max[2}=0 →candidate=5+0=5. curr_dp[4}=5.
i=5: s_max=3. prev_max[3}=1 →candidate=8+1=9. curr_dp[5}=9.
i=6: s_max=4. prev_max[4}=1 →candidate=12+1=13. curr_dp[6}=13.
然后,curr_max数组计算:
i=0: curr_dp[0}=-inf →curr_max[0}=-inf.
i=1: curr_dp[1}=-inf →curr_max[1}=-inf.
i=2: curr_dp[2}=-inf →curr_max[2}=-inf.
i=3: curr_dp[3}=-inf →curr_max[3}=-inf.
i=4:5-5=0 →curr_max[4}=0.
i=5:9-8=1 →curr_max[5}=1.
i=6:13-12=1 →curr_max[6}=1.
所以,在j=2层处理完成后,curr_dp[6}=13,即示例中的正确结果。
这说明代码的思路是正确的。
现在,将此思路转换为Python代码。
需要注意的是,在Python中,数组的索引应该从0到n,共n+1个元素。例如,i ranges from 0 to n.
此外,处理每个j层时,需要重新初始化curr_dp和 curr_max数组。
此外,当j=1时,prev_max数组是j=0层的max_prev数组,其计算方式如之前所述。
现在,编写代码:
class Solution:
def maxSum(self, nums: List[int], k: int, m: int) -> int:
n = len(nums)
if n < k * m:
return -float('inf') # 根据问题描述,k的条件保证有解,但可能需要处理这种情况?
# 预处理前缀和
pre_sum = [0] * (n +1)
for i in range(n):
pre_sum[i+1] = pre_sum[i] + nums[i]
# 初始化j=0层的prev_dp和prev_max
prev_dp = [0] * (n +1)
prev_max = [ -float('inf') ] * (n +1)
prev_max[0] = prev_dp[0] - pre_sum[0] # 0 -0=0
for i in range(1, n+1):
prev_max[i] = max( prev_max[i-1], prev_dp[i] - pre_sum[i] )
# 处理j=1到k层
for j in range(1, k+1):
curr_dp = [ -float('inf') ] * (n +1)
# 处理每个i
for i in range(1, n+1):
# 不选当前元素
curr_dp[i] = curr_dp[i-1]
# 选当前元素,作为第j个子数组的结束
if i >= m:
s_max = i - m
if s_max >=0:
candidate = pre_sum[i] + prev_max[s_max]
if candidate > curr_dp[i]:
curr_dp[i] = candidate
# 计算当前层的curr_max数组
curr_max = [ -float('inf') ] * (n +1)
curr_max[0] = curr_dp[0] - pre_sum[0]
for i in range(1, n+1):
curr_max[i] = max( curr_max[i-1], curr_dp[i] - pre_sum[i] )
# 更新prev_dp和prev_max
prev_dp, prev_max = curr_dp, curr_max
return prev_dp[n]
现在,测试示例1:
nums = [1,2,-1,3,3,4], k=2, m=2.
执行代码后,prev_dp[n}即prev_dp[6}应为13.
测试示例2:
nums = [-10,3,-1,-2], k=4, m=1.
每个子数组的长度至少1。所以,必须选4个子数组,每个一个元素。和为-10+3-1-2 =-10.
在代码中,处理j=4层:
当j=4层时,每个子数组长度必须至少1。此时,当处理i=4(n=4,nums的前4个元素):
s_max =4 -1=3.
prev_max[3}是前面层的值,最终会得到正确的候选值。
代码应该能正确计算这个情况。
可能的潜在问题:
在代码中,当j=0层时,prev_dp的所有元素都是0,而prev_max数组的计算是0 - pre_sum[i}的前缀最大值。这可能导致在后续层中,当j=1层时,curr_dp[i}的值可能不正确,特别是当pre_sum[i}为负时。
但在示例2中,当m=1时,处理每个i >=1:
对于j=1层,i=1:
s_max=0.
prev_max[0} =0- pre_sum[0} =0 →pre_sum[1} +0 =-10+0 =-10. 但正确的处理应该是选择第一个元素作为子数组,和为-10.
但此时,在j=1层的curr_dp[i}的值是-10吗?
可能代码在这种情况下能够正确处理。
现在,需要测试示例2:
n=4.
pre_sum数组是 [0, -10, -7, -8, -10].
prev_dp[j=0层]的prev_dp数组是 [0,0,0,0,0].
prev_max数组的计算:
prev_max[0} =0-0=0.
i=1: max(0, 0 - (-10)=0- (-10)=10 →prev_max[1}=10.
i=2: max(10, 0 - (-7)=7 →10.
i=3: max(10, 0- (-8)=8 →10.
i=4: max(10, 0- (-10)=10 →10.
所以,当j=1层处理时,curr_dp数组的计算:
处理i=1:
s_max=1-1=0 >=0.
candidate=pre_sum[1} (-10) + prev_max[0} (0) →-10.
所以,curr_dp[1} =-10.
处理i=2:
s_max=1.
prev_max[1} =10 →pre_sum[2} (-7) +10 →3.
所以,curr_dp[2} =max(-10,3)=3.
处理i=3:
s_max=3-1=2.
prev_max[2} =10 →pre_sum[3} (-8) +10 →2.
curr_dp[3} =max(3,2)=3.
处理i=4:
s_max=3.
prev_max[3} =10 →pre_sum[4} (-10)+10 →0.
curr_dp[4} =max(3,0)=3.
所以,j=1层的curr_dp数组为:0, -10,3,3,3.
curr_max数组的计算:
i=0: curr_dp[0}=-inf →curr_max[0}=-inf.
i=1: -10 - (-10) →0. curr_max[1}=0.
i=2:3 - (-7) →10 →max(0,10) →10.
i=3:3 - (-8) →11 →max(10,11) →11.
i=4:3 - (-10) →13 →max(11,13) →13.
所以,curr_max数组是[-inf,0,10,11,13].
当处理j=2层时:
对于i >=1 (m=1):
例如,i=2:
s_max=2-1=1.
prev_max[1}=0 →pre_sum[2} (-7)+0 →-7.
此时,curr_dp[2}的候选值为max(-inf, -7).
但前面j=2层的curr_dp数组初始化为全-inf.
这可能无法正确累加各个层的子数组的和.
这个例子可能比较复杂,但代码在处理k=4层时,最终会得到正确的结果-10.
可能在这种情况下,代码需要处理每个j层,确保各个子数组不重叠,并且长度至少m.
可能这个代码需要更多的测试用例,但目前只能根据示例进行验证。
综上,代码的大致思路是正确的,可以处理这两个示例。现在,将这个代码提交。
为了解决这个问题,我们需要找到数组中 k 个不重叠子数组的最大和,每个子数组的长度至少为 m。我们可以使用动态规划来高效地解决这个问题。
方法思路
- 前缀和预处理:计算数组的前缀和,以便快速获取任意子数组的和。
- 动态规划数组初始化:使用两个一维数组
prev_dp
和curr_dp
分别保存上一层和当前层的动态规划结果,以减少空间复杂度。 - 维护最大值数组:在每一层处理中,维护一个最大值数组
prev_max
,用于快速查找前一层的最大值,从而优化状态转移的效率。 - 状态转移:对于每个可能的子数组结束位置,计算当前子数组的和,并更新动态规划数组。
解决代码
class Solution:
def maxSum(self, nums: List[int], k: int, m: int) -> int:
n = len(nums)
pre_sum = [0] * (n + 1)
for i in range(n):
pre_sum[i + 1] = pre_sum[i] + nums[i]
# Initialize for j=0
prev_dp = [0] * (n + 1)
prev_max = [-float('inf')] * (n + 1)
prev_max[0] = prev_dp[0] - pre_sum[0]
for i in range(1, n + 1):
prev_max[i] = max(prev_max[i - 1], prev_dp[i] - pre_sum[i])
# Process for j from 1 to k
for j in range(1, k + 1):
curr_dp = [-float('inf')] * (n + 1)
for i in range(1, n + 1):
curr_dp[i] = curr_dp[i - 1] # 不选当前元素的情况
if i >= m:
s_max = i - m
if s_max >= 0:
candidate = pre_sum[i] + prev_max[s_max]
if candidate > curr_dp[i]:
curr_dp[i] = candidate
# Update curr_max for next j
curr_max = [-float('inf')] * (n + 1)
curr_max[0] = curr_dp[0] - pre_sum[0]
for i in range(1, n + 1):
curr_max[i] = max(curr_max[i - 1], curr_dp[i] - pre_sum[i])
prev_dp, prev_max = curr_dp, curr_max
return prev_dp[n]
代码解释
- 前缀和预处理:
pre_sum
数组用于快速计算子数组的和。 - 初始化 j=0 层:
prev_dp
初始化为 0,因为选 0 个子数组的和为 0;prev_max
数组维护 j=0 层的最大值信息。 - 动态规划处理:对于每个 j 从 1 到 k,计算当前层的
curr_dp
数组,通过遍历每个可能的结束位置 i,并考虑是否选择当前元素作为子数组的结束。 - 最大值数组更新:在每层处理结束后,更新
curr_max
数组,用于下一层的处理。
该方法通过动态规划和前缀和优化,将时间复杂度降低到 O(k*n),能够高效处理较大的输入规模。