求陣列中最長遞增子串行

2021-05-25 07:15:58 字數 3317 閱讀 3251

原文見

分析過程很清楚。這裡主要是**部分有改動。完全用c寫的,從檔案中讀入。另外,解法二的程式加了去重,求的是最長單調遞增子串行。

求陣列中最長遞增子串行

寫乙個時間複雜度盡可能低的程式,求乙個一維陣列(

n個元素)中的最長遞增子串行的長度。

例如:在序列1,

-1,2,

-3,4,

-5,6,

-7中,其最長的遞增子串行為1,

2,4,

6。

分析與解法

根據題目的要求,求一維陣列中的最長遞增子串行,也就是找乙個標號的序列

b[0],b[1],

…,b[m](0 <= b[0] < b[1] <

…< b[m] < n)

,使得array[b[0]]…。

解法一

根據無後效性的定義我們知道,將各階段按照一定的次序排列好之後,對於某個給定的階段狀態來說,它以前各階段的狀態無法直接影響它未來的決策,而只能間接地通過當前的這個狀態來影響。換句話說,每個狀態都是歷史的乙個完整總結。

同樣的,仍以序列1,

-1,2,

-3,4,

-5,6,

-7為例,我們在找到

4之後,並不關心

4之前的兩個值具體是怎樣,因為它對找到

6沒有直接影響。因此,這個問題滿足無後效性,可以通過使用動態規劃來解決。

可以通過數字的規律來分析目標串:1,

-1,2,

-3,4,

-5,6,

-7。

使用i來表示當前遍歷的位置

當i=1時,顯然,最長的遞增序列為(

1),序列長度為1.

當i=2

是,由於

-1<1

。因此,必須丟棄第乙個值後重新建立串。當前的遞增序列為(

-1),長度為1。

當i=3時,由於

2>1,2>-1

。因此,最長的遞增序列為(

1,2)

,(-1,2),

長度為2

。在這裡,

2前面是1還是

-1對求出後面的遞增序列沒有直接影響。(但是在其它情況下可能有影響

依此類推之後,我們得出如下的結論。

假設在目標陣列

array的前i

個元素中,最長遞增子串行的長度為

lis[i]

。那麼,

lis[i+1]=max,array[i+1]>array[k],for any k <= i

即如果array[i+1]

大於array[k],

那麼第i+1

個元素可以接在

lis[k]

長的子串行後面構成乙個更長的子串行。於此同時

array[i+1]

本身至少可以構成乙個長度為

1的子串行。

根據上面的分析,就可以得到**清單

這種方法的時間複雜度為o(n2 + n) = o(n2 )

解法二

在前面的分析中,當考察第i+1 個元素的時候,我們是不考慮前面i 個元素的分布情況的。現在我們從另乙個角度分析,即當考察第i+1 個元素的時候考慮前面i 個元素的情況。

對於前面i 個元素的任何乙個遞增子串行,如果這個子串行的最大的元素比array[i+1] 小,那麼就可以將array[i+1] 加在這個子串行後面,構成乙個新的遞增子串行。

比如當i=4 的時候,目標序列為1,

-1,2,

-3,4,

-5,6,

-7最長遞增序列為

(1,2),(-1,2)。

那麼,只要

4>2,

就可以把

4直接增加到前面的子串行中形成乙個新的遞增子串行。

因此,我們希望找到前

i個元素中的乙個遞增子串行,使得這個遞增子串行的最大的元素比

array[i+1]

小,且長度盡量地長。這樣將

array[i+1]

加在該遞增子串行後,便可以找到以

array[i+1]

為最大元素的最長遞增子串行。

仍然假設在陣列的前

i個元素中,以

array[i]

為最大元素的最長遞增子串行的長度為

lis[i]。

同時,假設:

長度為1的遞增子串行最大元素的最小值為

maxv[1];

長度為2的遞增子串行最大元素的最小值為

maxv[2];

……

長度為lis[i]

的遞增子串行最大元素的最小值為

maxv[lis[i]];

本迴圈不變式p是:

p:k是序列

a[0:i]

的最長遞增子串行的長度,

0≤i <n 。

容易看出,在由i-1 到i 的迴圈中,a[i] 的值起關鍵作用。如果a[i] 能擴充套件序列a[0;i-1] 的最長遞增子串行的長度,則k=k+1 ,否則k 不變。設a[0;i-1] 中長度為k 的最長遞增子串行的結尾元素是a[j](0 ≤j ≤i-1) ,則當a[i] ≥a[j] 時可以擴充套件,否則不能擴充套件。如果序列a[0;i-1] 中有多個長度為k 的最長遞增子串行,那麼需要儲存哪些資訊?容易看出,只要儲存序列a[0;i-1] 中所有長度為k 的遞增子串行中結尾元素的最小值b[k] 。因此,需要將迴圈不變式p 增強為:

p:0 ≤i <n;k 是序列a[0;i] 的最長遞增子串行的長度;

b[k]

是序列a[0;i] 中所有長度為k 的遞增子串行中最小結尾元素值。

相應地,歸納假設也增強為:已知計算序列a[0;i-1](i <n) 的最長遞增子串行的長度k 以及序列a[0;i] 中所有長度為k 的遞增子串行中的最小結尾元素值b[k] 的正確演算法。

增強歸納假設後,在由i-1 到i 的迴圈中,當a[i] ≥b[k] 時,k=k+1 ,b[k]=a[i], 否則k 值不變。注意到當a[i] ≥b[k] 時,k 值增加,b[k] 的值為a[i] 。那麼,當a[i] <b[k] 時,b[l;k] 的值應該如何改變?如果a[i]則顯然應該將b[l] 的只改變為a[i], 當b[l] ≤a[i] ≤b[k] 時,注意到陣列b 是有序的,可以用二分搜尋演算法找到下標j ,使得b[j-1] ≤a[i] ≤b[j] 。此時,b[1;j-1] 和b[j+1;k] 的值不變,b[j] 的值改變為a[i] 。

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