最長上公升子串行 LIS 長度

2021-06-06 17:13:14 字數 4576 閱讀 2387

**:

屬於簡單的經典的dp,求最長上公升子串行(lis)。先研究了o(n^2)的思路。

令a[i]表示輸入第i個元素,d[i]表示從a[1]到a[i]中以a[i]結尾的最長子序列長度。對於任意的0 <  j <= i-1,如果a(j) < a(i),則a(i)可以接在a(j)後面形成乙個以a(i)結尾的新的最長上公升子串行。對於所有的 0 <  j <= i-1,我們需要找出其中的最大值。

dp狀態轉移方程:

d[i] = max (j = 1, 2, 3, ..., i-1 且 a[j] < a[i])

解釋一下這個方程,i, j在範圍內:

如果 a[j] < a[i] ,則d[i] = d[j] + 1

如果 a[j] >= a[i] ,則d[i] = 1

#include #define size 1001

using namespace std;

int main()

max = 0;

for (i = 1; i <= n; i++)

}/* 記錄最長子序列 */

if (d[i] > max) max = d[i];

}cout << max << endl;

//system("pause");

return 0;

}

還有乙個o(nlogn)的演算法:

這個演算法其實已經不是dp了,有點像貪心。至於複雜度降低其實是因為這個演算法裡面用到了二分搜尋。本來有n個數要處理是o(n),每次計算要查詢n次還是o(n),一共就是o(n^2);現在搜尋換成了o(logn)的二分搜尋,總的複雜度就變為o(nlogn)了。

這個演算法的具體操作如下(by ryanwang):

開乙個棧,每次取棧頂元素top和讀到的元素temp做比較,如果temp > top 則將temp入棧;如果temp < top則二分查詢棧中的

比temp大的第1個數

,並用temp替換它。 最長序列長度即為棧的大小top。

這也是很好理解的,對於x和y,如果x < y且stack[y] < stack[x],用stack[x]替換stack[y],此時的最長序列長度沒有改變但序列q的''潛力''增大了。

舉例:原序列為1,5,8,3,6,7

棧為1,5,8,此時讀到3,用3替換5,得到1,3,8; 再讀6,用6替換8,得到1,3,6;再讀7,得到最終棧為1,3,6,7。最長遞增子串行為長度4。但是這個**只能求出長度,並不能求出具體的序列

雙端lis:

也是基於這個演算法,但是記錄了每個i對應的最長上公升序列的長度

用該演算法完成poj2533的具體**如下:

#include #define size 1001

using namespace std;

int main()

else

else

}/* 用temp替換 */

stack[low] = temp;}}

/* 最長序列數就是棧的大小 */

cout << top << endl;

//system("pause");

return 0;

}

總體思想就是從左到右掃瞄,保證棧的長度是增長的,具體原因,不太理解

演算法3 o(nlogn)

**:

設 a[t]表示序列中的第t個數,f[t]表示從1到t這一段中以t結尾的最長上公升子串行的長度,初始時設f [t] = 0(t = 1, 2, ..., len(a))。則有動態規劃方程:f[t] = max (j = 1, 2, ..., t - 1, 且a[j] < a[t])。 

現在,我們仔細考慮計算f[t]時的情況。假設有兩個元素a[x]和a[y],滿足 

(1)x < y < t 

(2)a[x] < a[y] < a[t] 

(3)f[x] = f[y] 

此時,選擇f[x]和選擇f[y]都可以得到同樣的f[t]值,那麼,在最長上公升子串行的這個位置中,應該選擇a[x]還是應該選擇a[y]呢? 

很明顯,選擇a[x]比選擇a[y]要好。因為由於條件(2),在a[x+1] ... a[t-1]這一段中,如果存在a[z],a[x] < a[z] < a[y],則與選擇a[y]相比,將會得到更長的上公升子串行。 

再根據條件(3),我們會得到乙個啟示:根據f的值進行分類。對於f的每乙個取值k,我們只需要保留滿足f[t] = k的所有a[t]中的最小值。設d[k]記錄這個值,即d[k] = min (f[t] = k)。 

注意到d的兩個特點: 

(1) d[k]的值是在整個計算過程中是單調不上公升的。 

(2) d的值是有序的,即d[1] < d[2] < d[3] < ... < d[n]。 

利 用d,我們可以得到另外一種計算最長上公升子串行長度的方法。設當前已經求出的最長上公升子串行長度為len。先判斷a[t]與d[len]。若a [t] > d[len],則將a[t]接在d[len]後將得到乙個更長的上公升子串行,len = len + 1, d[len] = a [t];否則,在d[1]..d[len]中,找到最大的j,滿足d[j] < a[t]。令k = j + 1,則有a [t] <= d[k],將a[t]接在d[j]後將得到乙個更長的上公升子串行,更新d[k] = a[t]。最後,len即為所要求的最長上 公升子串行的長度。 

在 上述演算法中,若使用樸素的順序查詢在d[1]..d[len]查詢,由於共有o(n)個元素需要計算,每次計算時的複雜度是o(n),則整個演算法的 時間複雜度為o(n^2),與原來的演算法相比沒有任何進步。但是由於d的特點(2),我們在d中查詢時,可以使用二分查詢高效地完成,則整個演算法 的時間複雜度下降為o(nlogn),有了非常顯著的提高。需要注意的是,d在演算法結束後記錄的並不是乙個符合題意的最長上公升子串行!

#include 

using

namespace std;

int find(

int *a,

int len,

int n)

//若返回值為x,則a[x]>=n>a[x-1]

return left;   }

void fill(

int *a,

int n)

int main()

for(max=i=0;i//

………………………………8

if(b[i]>max)

max=b[i];

cout對於這段程式,我們可以用演算法導論上的loop invariants來幫助理解.

loop invariant: 1、每次迴圈結束後c都是單調遞增的。(這一性質決定了可以用二分查詢)

2、每次迴圈後,c[i]總是儲存長度為i的遞增子串行的最末的元素,若長度為i的遞增子序

列有多個,剛儲存末尾元素最小的那個.(這一性質決定是第3條性質成立的前提)

3、每次迴圈完後,b[i]總是儲存以a[i]結尾的最長遞增子串行。

initialization:    1、進入迴圈之前,c[0]=-1,c[1]=a[0],c的其他元素均為1000,c是單調遞增的;

2、進入迴圈之前,c[1]=a[0],儲存了長度為1時的遞增序列的最末的元素,且此時長度為1

的遞增了序列只有乙個,c[1]也是最小的;

3、進入迴圈之前,b[0]=1,此時以a[0]結尾的最長遞增子串行的長度為1.

maintenance:   1、若在第n次迴圈之前c是單調遞增的,則第n次迴圈時,c的值只在第6行發生變化,而由

c進入迴圈前單調遞增及find函式的性質可知(見find的注釋),

此時c[j+1]>c[j]>=a[i]>c[j-1],所以把c[j]的值更新為a[i]後,c[j+1]>c[j]>c[j-1]的性質仍然成

立,即c仍然是單調遞增的;

2、迴圈中,c的值只在第6行發生變化,由c[j]>=a[i]可知,c[j]更新為a[i]後,c[j]的值只會變

小不會變大,因為進入迴圈前c[j]的值是最小的,則迴圈中把c[j]更新為更小的a[i],當

然此時c[j]的值仍是最小的;

3、迴圈中,b[i]的值在第7行發生了變化,因為有loop invariant的性質2,find函式返回值

為j有:c[j-1]

長度,即為j-1,把a[i]接在c[j-1]後可得到以a[i]結尾的最長遞增子串行,長度為(j-1)+1=j;

termination:       迴圈完後,i=n-1,b[0],b[1],...,b[n-1]的值均已求出,即以a[0],a[1],...,a[n-1]結尾的最長遞

增子序列的長度均已求出,再通過第8行的迴圈,即求出了整個陣列的最長遞增子串行。

仔細分析上面的**可以發現,每次迴圈結束後,假設已經求出c[1],c[2],c[3],...,c[len]的值,則此時最長遞增子串行的長度為len,因此可以把上面的**更加簡化,即可以不需要陣列b來輔助儲存,第8行的迴圈也可以省略。

二分查詢可以參考:

#include 

using

namespace std;

int find(int *a,int len,int n)//

修改後的二分查詢,若返回值為x,則a[x]>=n

return left;

}int main()

cout

最長上公升子串行的長度(LIS)

o nlogn 做法 貪心 二分 該想法是在o n 2 的動態規劃中進一步演化而來 p i 表示第i個元素,dp i 表示長度為i 1的lis結尾元素的最小值 利用貪心的思想,對於乙個上公升子串行,最後面的乙個元素越小,越有利於新增新的元素,這樣lis長度更長,所以我們要維護dp陣列,其表示的就是長...

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