题目:给定数组arr,返回arr的最长递增子序列
例:[2,1,5,3,6,4,8,9,7] => [1,3,4,8,9]
要求 时间复杂度 O(NlogN)
思路在代码中,getDpNB是时间复杂度为O(NlogN)的算法实现。
public class 最长递增子序列 {
public static void main(String[] args) {
Scanner sc = new Scanner(System.in);
int n = sc.nextInt();
int[] arr = new int[n];
for (int i = 0; i < n; i++) {
arr[i] = sc.nextInt();
}
int[] res = longestIncreasingSubsequence(arr);
System.out.println(Arrays.toString(res));
}
private static int[] longestIncreasingSubsequence(int[] arr) {
if (arr == null || arr.length == 0) {
return null;
}
//1.dp[i]表示以i为尾的最长递增子序列 dp[i] = max(dp[0],...dp[i-1]) + 1
int[] dp = getDpNB(arr);
//2.用dp去找到最长序列
int[] res = getSubsequence(arr, dp);
return res;
}
/**
* 通过dp数组去找递增序列
* 先找到dp中最大的数,并把下标记录为index然后向左边遍历
* 比如最大的数是5,下标为i,表示最长递增子序列长度为5,记录下来,arr[i]就是序列中的末尾元素
* 然后向左遍历找dp值为4的下标j,然后arr[j]就是序列中倒数第二的元素,以此类推。
*/
private static int[] getSubsequence(int[] arr, int[] dp) {
int max = 0;
int index = 0;
for (int i = 0; i < dp.length; i++) {
if (dp[i] > max) {
max = dp[i];
index = i;
}
}
int[] res = new int[max];
res[--max] = arr[index];
for (int i = index - 1; i >= 0; i--) {
if (arr[i] < arr[index] && dp[i] == dp[index] - 1) {
res[--max] = arr[i];
index = i;
}
}
return res;
}
/**
* 时间复杂度O(NlogN)的方法
* 利用二分法,对getDp()进行了优化,
* 维护一个ends数组来记录有效的递增序列,right变量表示有效区间的最右边
* 比如 ends[] = {2,4,6} 表示 长度为 1的递增序列最小的结尾是2
* 长度为2的递增序列最小的结尾是4
* 长度为3的递增序列最小的结尾是6
* 可以看到用这个方法的话,ends是自然有序的。
* 这时候如果遍历到arr[i] = 3 就用二分查找找到最左边比它大的数 就是4,然后ends[1]=3
* 也就是说长度为2的递增序列最小的结尾变成了3
* 依次类推...
* dp依旧是之前的含义 dp[i]表示0-i范围的最长递增子序列的长度。也就是ends的长度了。
*/
private static int[] getDpNB(int[] arr) {
int[] ends = new int[arr.length];
int[] dp = new int[arr.length];
int right = 0;
int l = 0;int r = 0;int m = 0;
ends[0] = arr[0];
dp[0] = 1;
for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
r = right;
while (l <= r) {//1.利用二分法在ends有效区里找到最左边比arr[i]大的元素
m = (l + r) / 2;
if (arr[i] > ends[m]) {
l = m + 1;
} else {//等于和小于一起处理,因为是要找到最左边的
r = m - 1;
}
}
//到这里有两种情况,
// 1:找到了,将这个位置l的ends【l】元素设置为arr[i],表示长度为l+1的递增序列最小的结尾为arr[i],dp[]
//2: 没找到,两种情况:
// (1)arr[i]比ends里所有元素都要小,这种情况l还是0位置,说明以arr[i]结尾的递增序列长度为1
// (2)arr[i]比ends里所有元素都要大,这种情况 l = right + 1,以arr[i]结尾有效递增序列加了1
right = Math.max(right, l);
ends[l] = arr[i];
dp[i] = l + 1;
}
return dp;
}
/**
*这是O(N2)的时间复杂度的
*
* dp[i] 表示 0-i范围内最长的递增子序列
* 要求dp[i],只需要找到max(dp[j]) (j < i && arr[j] < arr[i])
* 既找到 0 - i-1 范围内最长的递增子序列且结尾元素比当前元素小的值加1就行了
*/
private static int[] getDp(int[] arr) {
int[] dp = new int[arr.length];
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
dp[i] = 1;
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (arr[i] > arr[j]) {
dp[i] = Math.max(dp[i], dp[j] + 1);
}
}
}
return dp;
}
}
该博客介绍了如何使用O(NlogN)时间复杂度的算法来寻找给定数组的最长递增子序列。通过维护一个ends数组记录有效递增序列,结合二分查找优化了动态规划的实现,最终找到最长递增子序列并返回。示例中给出了一个包含9个元素的数组,最长递增子序列为[1, 3, 4, 8, 9]。
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