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如何快速找到最大平均间隔?

algorithm

A[N]我想从一个整数数组中找到一个[i,j]具有最大化平均值的区间(A[i] + A[i + 1] + .. + A[j]) / (j - i + 1)

间隔的长度(j - i + 1)应大于L(L >= 1)

我本以为要计算每个i〜j的平均值,但是这样做太慢了(N太大)。

有没有比这更快的算法O(N^2)?或者我想知道是否存在一种随机方法。


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2020-07-28

共1个答案

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有一种O(N*logC)算法,其中算法C与数组的最大元素值成比例。与最近的一些较复杂的算法相比,该算法更易于理解,并且可以在短时间内实现,并且在实践中仍然足够快。

为简单起见,我们假设数组中至少有一个非负整数。

该算法基于二进制搜索。首先,我们可以发现最终答案必须在range内[0, max(A)],并且在每次迭代中将此间隔减半,直到足够小(例如10
-6)。在每次迭代中,假设可用间隔为[a,b],我们需要检查最大平均值是否不小于(a+b)/2。如果是这样,我们得到一个较小的间隔[(a+b)/2, b],否则我们得到[a, (a+b)/2]

现在的问题是:给定一个数字K,如何检查最终答案至少是K

假设平均至少K,存在着一些ij这样(A[i] + A[i+1] + ... + A[j]) / (j - i + 1) >= K。我们将两边都乘以(j-i+1),然后将右侧向左移动,我们得到(A[i] - K) + (A[i+1] - K) + ... + (A[j] - K) >= 0

因此,让B[i] = A[i] - K我们只需要找到一个这样的时间间隔[i, j]j - i + 1 > LB[i] + ... + B[j] >= 0。现在的问题是:给定数组B和长度L,我们要找到一个最大和的间隔,其长度大于L。如果最大和为>= 0K则可以使用原始平均值。

第二个问题可以通过线性扫描解决。让sumB[0] = 0sumB[i] = B[1] + B[2] + ... + B[i]。对于每个索引i,以结尾的最大总和间隔B[i]sumB[i] - min(sumB[0], sumB[1], ..., sumB[i-L-1])。当以递增的方式扫描阵列时i,我们可以保持min(sumB[0], ..., sumB[i-L-1])实时运行。

子问题的时间复杂度为O(N)。而且我们需要O(logC)迭代,因此总复杂度为O(N*logC)

Ps这种“平均问题”属于一类称为分数规划的问题。类似的问题是最小平均加权生成树,最小平均加权循环等。

再次PS。这O(logC)是一个宽松的界限。我认为我们可以通过一些仔细的分析来减少它。

2020-07-28