我有一组整数。我想用动态规划的方法求出这个集合的最长递增子序列。
当前回答
下面是O(n^2)算法的Scala实现:
object Solve {
def longestIncrSubseq[T](xs: List[T])(implicit ord: Ordering[T]) = {
xs.foldLeft(List[(Int, List[T])]()) {
(sofar, x) =>
if (sofar.isEmpty) List((1, List(x)))
else {
val resIfEndsAtCurr = (sofar, xs).zipped map {
(tp, y) =>
val len = tp._1
val seq = tp._2
if (ord.lteq(y, x)) {
(len + 1, x :: seq) // reversely recorded to avoid O(n)
} else {
(1, List(x))
}
}
sofar :+ resIfEndsAtCurr.maxBy(_._1)
}
}.maxBy(_._1)._2.reverse
}
def main(args: Array[String]) = {
println(longestIncrSubseq(List(
0, 8, 4, 12, 2, 10, 6, 14, 1, 9, 5, 13, 3, 11, 7, 15)))
}
}
其他回答
下面是从动态规划的角度评估问题的三个步骤:
递归定义:maxLength(i) == 1 + maxLength(j) where 0 < j < i and array[i] > array[j] 递归参数边界:可能有0到i - 1个子序列作为参数传递 求值顺序:由于是递增子序列，所以要从0求值到n
如果我们以序列{0,8,2,3,7,9}为例，at index:
我们会得到子序列{0}作为基本情况 [1]有一个新的子序列{0,8} [2]试图评估两个新的序列{0,8,2}和{0,2}通过添加元素在索引2到现有的子序列-只有一个是有效的，所以添加第三个可能的序列{0,2}只到参数列表 .．.
下面是c++ 11的工作代码:
#include <iostream>
#include <vector>
int getLongestIncSub(const std::vector<int> &sequence, size_t index, std::vector<std::vector<int>> &sub) {
if(index == 0) {
sub.push_back(std::vector<int>{sequence[0]});
return 1;
}
size_t longestSubSeq = getLongestIncSub(sequence, index - 1, sub);
std::vector<std::vector<int>> tmpSubSeq;
for(std::vector<int> &subSeq : sub) {
if(subSeq[subSeq.size() - 1] < sequence[index]) {
std::vector<int> newSeq(subSeq);
newSeq.push_back(sequence[index]);
longestSubSeq = std::max(longestSubSeq, newSeq.size());
tmpSubSeq.push_back(newSeq);
}
}
std::copy(tmpSubSeq.begin(), tmpSubSeq.end(),
std::back_insert_iterator<std::vector<std::vector<int>>>(sub));
return longestSubSeq;
}
int getLongestIncSub(const std::vector<int> &sequence) {
std::vector<std::vector<int>> sub;
return getLongestIncSub(sequence, sequence.size() - 1, sub);
}
int main()
{
std::vector<int> seq{0, 8, 2, 3, 7, 9};
std::cout << getLongestIncSub(seq);
return 0;
}
这是我的Leetcode解决方案使用二进制搜索:->
class Solution:
def binary_search(self,s,x):
low=0
high=len(s)-1
flag=1
while low<=high:
mid=(high+low)//2
if s[mid]==x:
flag=0
break
elif s[mid]<x:
low=mid+1
else:
high=mid-1
if flag:
s[low]=x
return s
def lengthOfLIS(self, nums: List[int]) -> int:
if not nums:
return 0
s=[]
s.append(nums[0])
for i in range(1,len(nums)):
if s[-1]<nums[i]:
s.append(nums[i])
else:
s=self.binary_search(s,nums[i])
return len(s)
我已经在java中使用动态编程和记忆实现了LIS。随着代码，我做了复杂性计算，即为什么它是O(n Log(base2) n)。因为我觉得理论或逻辑解释是很好的，但实际演示总是更好的理解。
package com.company.dynamicProgramming;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class LongestIncreasingSequence {
static int complexity = 0;
public static void main(String ...args){
int[] arr = {10, 22, 9, 33, 21, 50, 41, 60, 80};
int n = arr.length;
Map<Integer, Integer> memo = new HashMap<>();
lis(arr, n, memo);
//Display Code Begins
int x = 0;
System.out.format("Longest Increasing Sub-Sequence with size %S is -> ",memo.get(n));
for(Map.Entry e : memo.entrySet()){
if((Integer)e.getValue() > x){
System.out.print(arr[(Integer)e.getKey()-1] + " ");
x++;
}
}
System.out.format("%nAnd Time Complexity for Array size %S is just %S ", arr.length, complexity );
System.out.format( "%nWhich is equivalent to O(n Log n) i.e. %SLog(base2)%S is %S",arr.length,arr.length, arr.length * Math.ceil(Math.log(arr.length)/Math.log(2)));
//Display Code Ends
}
static int lis(int[] arr, int n, Map<Integer, Integer> memo){
if(n==1){
memo.put(1, 1);
return 1;
}
int lisAti;
int lisAtn = 1;
for(int i = 1; i < n; i++){
complexity++;
if(memo.get(i)!=null){
lisAti = memo.get(i);
}else {
lisAti = lis(arr, i, memo);
}
if(arr[i-1] < arr[n-1] && lisAti +1 > lisAtn){
lisAtn = lisAti +1;
}
}
memo.put(n, lisAtn);
return lisAtn;
}
}
当我运行上面的代码-
Longest Increasing Sub-Sequence with size 6 is -> 10 22 33 50 60 80
And Time Complexity for Array size 9 is just 36
Which is equivalent to O(n Log n) i.e. 9Log(base2)9 is 36.0
Process finished with exit code 0
下面的c++实现还包括一些使用名为prev的数组构建实际最长递增子序列的代码。
std::vector<int> longest_increasing_subsequence (const std::vector<int>& s)
{
int best_end = 0;
int sz = s.size();
if (!sz)
return std::vector<int>();
std::vector<int> prev(sz,-1);
std::vector<int> memo(sz, 0);
int max_length = std::numeric_limits<int>::min();
memo[0] = 1;
for ( auto i = 1; i < sz; ++i)
{
for ( auto j = 0; j < i; ++j)
{
if ( s[j] < s[i] && memo[i] < memo[j] + 1 )
{
memo[i] = memo[j] + 1;
prev[i] = j;
}
}
if ( memo[i] > max_length )
{
best_end = i;
max_length = memo[i];
}
}
// Code that builds the longest increasing subsequence using "prev"
std::vector<int> results;
results.reserve(sz);
std::stack<int> stk;
int current = best_end;
while (current != -1)
{
stk.push(s[current]);
current = prev[current];
}
while (!stk.empty())
{
results.push_back(stk.top());
stk.pop();
}
return results;
}
没有堆栈的实现只是反转向量
#include <iostream>
#include <vector>
#include <limits>
std::vector<int> LIS( const std::vector<int> &v ) {
auto sz = v.size();
if(!sz)
return v;
std::vector<int> memo(sz, 0);
std::vector<int> prev(sz, -1);
memo[0] = 1;
int best_end = 0;
int max_length = std::numeric_limits<int>::min();
for (auto i = 1; i < sz; ++i) {
for ( auto j = 0; j < i ; ++j) {
if (s[j] < s[i] && memo[i] < memo[j] + 1) {
memo[i] = memo[j] + 1;
prev[i] = j;
}
}
if(memo[i] > max_length) {
best_end = i;
max_length = memo[i];
}
}
// create results
std::vector<int> results;
results.reserve(v.size());
auto current = best_end;
while (current != -1) {
results.push_back(s[current]);
current = prev[current];
}
std::reverse(results.begin(), results.end());
return results;
}
好的，我先描述最简单的解也就是O(N²)N是集合的大小。还有一个O(N log N)解，我也会讲到。在高效算法一节中可以找到。
我假设数组的下标从0到N - 1。因此，让我们定义DP[i]为LIS(最长递增子序列)的长度，它结束于索引为i的元素。为了计算DP[i]，我们查看所有索引j < i，并检查DP[j] + 1 > DP[i]和array[j] < array[i](我们希望它是递增的)。如果这是真的，我们可以更新DP[i]的当前最优值。要找到数组的全局最优值，您可以从DP[0…]N - 1]。
int maxLength = 1, bestEnd = 0;
DP[0] = 1;
prev[0] = -1;
for (int i = 1; i < N; i++)
{
DP[i] = 1;
prev[i] = -1;
for (int j = i - 1; j >= 0; j--)
if (DP[j] + 1 > DP[i] && array[j] < array[i])
{
DP[i] = DP[j] + 1;
prev[i] = j;
}
if (DP[i] > maxLength)
{
bestEnd = i;
maxLength = DP[i];
}
}
我使用数组prev是为了以后能够找到实际的序列，而不仅仅是它的长度。只需在循环中使用prev[bestEnd]从bestEnd递归返回。-1值是停止的标志。
好了，现在来看更有效的O(nlog N)解:
设S[pos]定义为长度为pos的递增序列结束的最小整数。现在遍历输入集的每个整数X，并执行以下操作:
如果X >是S中的最后一个元素，那么将X附加到S的末尾，这本质上意味着我们已经找到了一个新的最大的LIS。 否则，找到S中最小的元素，即>= X，并将其改为X。 因为S在任何时候都是排序的，所以可以使用log(N)的二分搜索来找到元素。
总运行时间- N个整数，并对每个整数进行二进制搜索- N * log(N) = O(N log N)
现在我们来做一个真实的例子:
整数的集合: 2 6 3 4 1 2 9 5 8
步骤:
0. S = {} - Initialize S to the empty set
1. S = {2} - New largest LIS
2. S = {2, 6} - New largest LIS
3. S = {2, 3} - Changed 6 to 3
4. S = {2, 3, 4} - New largest LIS
5. S = {1, 3, 4} - Changed 2 to 1
6. S = {1, 2, 4} - Changed 3 to 2
7. S = {1, 2, 4, 9} - New largest LIS
8. S = {1, 2, 4, 5} - Changed 9 to 5
9. S = {1, 2, 4, 5, 8} - New largest LIS
所以LIS的长度是5 (S的大小)。
为了重建实际的LIS，我们将再次使用父数组。 设parent[i]是LIS中索引为i的元素的前身，该元素以索引为i的元素结束。
为了使事情更简单，我们可以在数组S中保留不是实际的整数，而是它们在集合中的下标(位置)。我们不保留{1,2,4,5,8}，而是保留{4,5,3,7,8}。
即输入[4]= 1，输入[5]= 2，输入[3]= 4，输入[7]= 5，输入[8]= 8。
如果我们正确地更新父数组，实际的LIS是:
input[S[lastElementOfS]],
input[parent[S[lastElementOfS]]],
input[parent[parent[S[lastElementOfS]]]],
........................................
现在重要的是，我们如何更新父数组?有两种选择:
如果X >是S中的最后一个元素，那么parent[indexX] = indexLastElement。这意味着最新元素的父元素是最后一个元素。我们只是在S的末尾加上X。 否则，找到S中最小元素的索引>= than X，并将其更改为X。这里parent[indexX] = S[index - 1]。
