动态规划3:最大子段和问题到最大子矩阵问题(三):初探最大子矩阵之和问题

问题描述:

给定一个由整数组成二维矩阵(r*c),现在需要找出它的一个子矩阵,使得这个子矩阵内的所有元素之和最大,并把这个子矩阵称为最大子矩阵。
例子:
0 -2 -7 0
9 2 -6 2
-4 1 -4 1
-1 8 0 -2
其最大子矩阵为:

9 2
-4 1
-1 8
其元素总和为15。

假设最大子矩阵的结果为从第r行到k行、从第i列到j列的子矩阵,如下所示(ari表示a[r][i],假设数组下标从1开始):
  | a11 …… a1i ……a1j ……a1n |
  | a21 …… a2i ……a2j ……a2n |
  |  .     .     .    .    .     .    .   |
  |  .     .     .    .    .     .    .   |
  | ar1 …… ari ……arj ……arn |
  |  .     .     .    .    .     .    .   |
  |  .     .     .    .    .     .    .   |
  | ak1 …… aki ……akj ……akn |
  |  .     .     .    .    .     .    .   |
  | an1 …… ani ……anj ……ann |

 那么我们将从第r行到第k行的每一行中相同列的加起来,可以得到一个一维数组如下:
 (ar1+……+ak1, ar2+……+ak2, ……,arn+……+akn)
 由此我们可以看出最后所求的就是此一维数组的最大子断和问题,到此我们已经将问题转化为上面的已经解决了的问题了。

1、如果没有最大子段和问题的基础,最直接的办法, 穷举法,对二维矩阵中所有子矩阵进行计算求得最大值,时间复杂度为(O(n^2*n^2));

2、基于最大子段和问题,算出任意n行的和数组,转变成最大字段和进行处理,对于任意n行,如果采用各个处理的话,其时间复杂度相对较高,所以对和数组的处理是本题的又一关键;

3、压缩矩阵

下面举一个简单的例子。在一个一维的数列中,要想求从第i个元素到第j个元素的和,我们可以用这样的方法:设数组sum[i]表示从第1个到第i个元素的和,则:求从第i个元素到第j个元素的和,只需用sum[j]-sum[i]就足够了。由此推广到二维矩阵,设sum[i,j]表示矩阵第j列前i个元素的和,cost[i,j]表示原始数据,则:

压缩数据程序代码为:

for i:=1 to n do

  for j:=1 to m do

    sum[i,j]:=sum[i-1,j]+cost[i,j];

下一个问题是,如何将数据从压缩的数组中读出。

读取数据代码为:

for i:=0 to n-1 do

  for j:=i+1 to n do

for k:=1 to n do temp[k]:=sum[j,k]-sum[i,k];

到此,最大子矩阵问题就完全转换为连续最大和问题。

#include<stdio.h>  
#include<string.h>  
#define MAXN 105  
int main()  
{  
	freopen("C:\\in.txt","r",stdin);  
    int dp[MAXN][MAXN];  
	int n,t;
    while (~scanf("%d",&n))  
    {  
        memset(dp,0,sizeof(dp));  
        for (int i=1;i<=n;++i)  
        {  
            for (int j=1;j<=n;++j)  
            {  
                scanf("%d",&t);  
                dp[i][j]=dp[i-1][j]+t;  
            }  
        }  
        int max=0;  
        for (int i=1;i<=n;++i)  
        {  
            for (int j=i;j<=n;++j)  
            {  
                int sum=0;  
                for (int k=1;k<=n;++k)  
                {  
                    sum+=dp[j][k]-dp[i-1][k];   
                    if (sum<0) sum=0;  
                    if (sum>max) max=sum;  
                }  
            }  
        }  
        printf("%d\n",max);  
    }  
    return 0;  
}  

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