P1439 【模板】最长公共子序列

本文探讨了一种高效求解最长公共子序列(LCS)问题的方法,通过转化为最长递增子序列(LIS)问题,并使用二分查找优化时间复杂度至O(nlogn)。

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题目描述

给出1-n的两个排列P1和P2,求它们的最长公共子序列。

输入输出格式

输入格式:
第一行是一个数n,
接下来两行,每行为n个数,为自然数1-n的一个排列。

输出格式:
一个数,即最长公共子序列的长度

输入输出样例

输入

5
3 2 1 4 5
1 2 3 4 5

输出

3

先声明一下不要搞混了
LIS:Longest Increasing Subsequence,最长递增子序列
LCS:Longest Common Subsequence,最长公共子序列

分析:一道板子题,一开始用普通的动态规划,状态转移方程:如果a[i]和b[i]不同,dp[i][j]=max(dp[i-1][j],dp[i][j-1]),如果相同,dp[i][j]=max(dp[i][j],dp[i-1][j-1]+1)。但是这样RE了。见下面分析。

#include<bits/stdc++.h>

using namespace std;
int a[1005],b[1005],dp[1005][1005];
int main()
{
    int n;
    while(~scanf("%d",&n))
    {
        for(int i=1;i<=n;i++)
            scanf("%d",&a[i]);
        for(int i=1;i<=n;i++)
            scanf("%d",&b[i]);
        memset(dp,0,sizeof(dp));
        for(int i=1;i<=n;i++)
            for(int j=1;j<=n;j++)
        {
            dp[i][j]=max(dp[i-1][j],dp[i][j-1]);
            if(a[i]==b[j])
                dp[i][j]=max(dp[i][j],dp[i-1][j-1]+1);
        }
        printf("%d\n",dp[n][n]);
    }
    return 0;
}

很显然,如果我们这样写,时间复杂度是O(n^2),会被10 ^5卡死,所以我们要考虑O(nlogn)的写法,在网上看了很多大佬的方法和代码,概括归纳一下。

这道题目可以转换成关于b的LIS问题。

关于为什么可以转化成b的LIS问题,这里提供一个解释。
a:3 2 1 4 5
b:1 2 3 4 5
我们可以给一个映射,3->1,2->2,1->3,4->4,5->5。此时a:1 2 3 4 5,b :3 2 1 4 5
这样标号之后,LCS长度显然不会改变。但是出现了一个性质:
因为两个序列的子序列,一定是a的子序列。而a本身就是单调递增的。因此这个子序列是单调递增的。所以换句话说,只要这个子序列在b中单调递增,它就是a的子序列。

所以我们只要求b的最长递增子序列,这里用到了二分法以求达到时间复杂度为O(nlogn)

简单说下怎么O(nlogn)弄一个最长递增子序列吧。
考虑一个数列3 4 1 2 5
首先,把3加入答案序列中,然后加4,发现4>3所以显然可以将4直接加入,那么答案序列就是{3,4},然后加1,发现1<4,1<3,然后将1替换3,此时的答案序列{1,4},然后加入2,将2替换4,此时答案序列为{1,2},然后加入5,5>2,直接加入,答案序列为{1,2,5},为什么这么做不会影响结果呢?你可以这么想,我们当前已经求出了一个当前最优的序列,如果我们用1替换3,然后后面来一个数字替换了4,那么我们就可以得到一个更优的序列,而如果没有数字替换4,那么这个1替换3也就是没有贡献的,不会影响我们结果的最优性。然后,如何找到一个最小的但是大于某个数字的数字,就可以进行二分查找了,因为我们的答案序列是有序的。

//上面的一些话是整合了洛谷大佬的

#include<bits/stdc++.h>

using namespace std;
int a[100005],b[100005],dp[100005],mp[100005];
int BinSearch(int key,int d[],int l,int r)
{
    while(l<=r)
    {
        int mid=(l+r)/2;
        if(key>d[mid]&&key<=d[mid+1])
            return mid;
        else if(key>d[mid])
            l=mid+1;
        else
            r=mid-1;
    }
    return 0;
}
int main()
{
    int n;
    while(~scanf("%d",&n))
    {
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            scanf("%d",&a[i]);
            mp[a[i]]=i;//一个映射
        }
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            scanf("%d",&b[i]);
            b[i]=mp[b[i]];
        }
        dp[1]=b[1];//找映射后b的最长递增子序列
        int len=1,j;
        for(int i=2;i<=n;i++)
        {
            if(dp[len]<b[i])
                j=++len;
            else
                j=BinSearch(b[i],dp,1,len)+1;
            dp[j]=b[i];
        }
        printf("%d\n",len);
    }
    return 0;
}

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