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;
}
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;
}
用Java签出包含数组元素的最长递增子序列的代码
http://ideone.com/Nd2eba
/**
** Java Program to implement Longest Increasing Subsequence Algorithm
**/
import java.util.Scanner;
/** Class LongestIncreasingSubsequence **/
class LongestIncreasingSubsequence
{
/** function lis **/
public int[] lis(int[] X)
{
int n = X.length - 1;
int[] M = new int[n + 1];
int[] P = new int[n + 1];
int L = 0;
for (int i = 1; i < n + 1; i++)
{
int j = 0;
/** Linear search applied here. Binary Search can be applied too.
binary search for the largest positive j <= L such that
X[M[j]] < X[i] (or set j = 0 if no such value exists) **/
for (int pos = L ; pos >= 1; pos--)
{
if (X[M[pos]] < X[i])
{
j = pos;
break;
}
}
P[i] = M[j];
if (j == L || X[i] < X[M[j + 1]])
{
M[j + 1] = i;
L = Math.max(L,j + 1);
}
}
/** backtrack **/
int[] result = new int[L];
int pos = M[L];
for (int i = L - 1; i >= 0; i--)
{
result[i] = X[pos];
pos = P[pos];
}
return result;
}
/** Main Function **/
public static void main(String[] args)
{
Scanner scan = new Scanner(System.in);
System.out.println("Longest Increasing Subsequence Algorithm Test\n");
System.out.println("Enter number of elements");
int n = scan.nextInt();
int[] arr = new int[n + 1];
System.out.println("\nEnter "+ n +" elements");
for (int i = 1; i <= n; i++)
arr[i] = scan.nextInt();
LongestIncreasingSubsequence obj = new LongestIncreasingSubsequence();
int[] result = obj.lis(arr);
/** print result **/
System.out.print("\nLongest Increasing Subsequence : ");
for (int i = 0; i < result.length; i++)
System.out.print(result[i] +" ");
System.out.println();
}
}
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]。
最长递增子序列(Java)
import java.util.*;
class ChainHighestValue implements Comparable<ChainHighestValue>{
int highestValue;
int chainLength;
ChainHighestValue(int highestValue,int chainLength) {
this.highestValue = highestValue;
this.chainLength = chainLength;
}
@Override
public int compareTo(ChainHighestValue o) {
return this.chainLength-o.chainLength;
}
}
public class LongestIncreasingSubsequenceLinkedList {
private static LinkedList<Integer> LongestSubsequent(int arr[], int size){
ArrayList<LinkedList<Integer>> seqList=new ArrayList<>();
ArrayList<ChainHighestValue> valuePairs=new ArrayList<>();
for(int i=0;i<size;i++){
int currValue=arr[i];
if(valuePairs.size()==0){
LinkedList<Integer> aList=new LinkedList<>();
aList.add(arr[i]);
seqList.add(aList);
valuePairs.add(new ChainHighestValue(arr[i],1));
}else{
try{
ChainHighestValue heighestIndex=valuePairs.stream().filter(e->e.highestValue<currValue).max(ChainHighestValue::compareTo).get();
int index=valuePairs.indexOf(heighestIndex);
seqList.get(index).add(arr[i]);
heighestIndex.highestValue=arr[i];
heighestIndex.chainLength+=1;
}catch (Exception e){
LinkedList<Integer> aList=new LinkedList<>();
aList.add(arr[i]);
seqList.add(aList);
valuePairs.add(new ChainHighestValue(arr[i],1));
}
}
}
ChainHighestValue heighestIndex=valuePairs.stream().max(ChainHighestValue::compareTo).get();
int index=valuePairs.indexOf(heighestIndex);
return seqList.get(index);
}
public static void main(String[] args){
int arry[]={5,1,3,6,11,30,32,5,3,73,79};
//int arryB[]={3,1,5,2,6,4,9};
LinkedList<Integer> LIS=LongestSubsequent(arry, arry.length);
System.out.println("Longest Incrementing Subsequence:");
for(Integer a: LIS){
System.out.print(a+" ");
}
}
}
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;
}
