最长递增子序列(贪心+二分)

文章介绍了如何使用动态规划方法解决找到数组中最长递增子序列的问题。通过维护一个dp数组,存储以每个元素结尾的最长递增子序列的最小末尾值,逐步更新最长递增子序列的长度。这种方法的关键在于比较新元素与dp数组中已有的值,以确定何时更新dp数组并更新当前最长递增子序列的长度。

思路:让递增子序列最长,就要使子序列增加得尽可能慢

用一个dp数组来维护最长递增子序列末尾元素的最小值。即dp[i]表示递增子序列长度为i时,末尾元素的最小值为dp[i]。

比如nums={4,1,8,7,12,5}   vector<int>dp(nums.size()+1,0) 

int curlen=1,记录目前最长递增子序列的长度,最开始为1

dp[0]没有意义。dp[1]=nums[0].

插入4,dp=[0,4]    dp[1]表示此时长度为1的最长递增子序列的末尾元素为4,curlen=1.

插入1,dp=[0,1]     1比4小,用1去覆盖4,从4开始的最长递增子序列的长度必定不大于以1开始的最长递增子序列的长度。比如 1后面如果还有2或者3的话,1可以接收,4则不可以;如果1后面全是比1和4大的话,则以4开头和以1开头,最长递增子序列的长度都相同。所以为了求最长的递增子序列的长度,这里要替换。curlen=1

插入8,dp=[0,1,8] 如果nums[i]比dp的最后一个元素大,直接放进dp中。curlen=2

插入7,dp=[0,1,7]。curlen=2

插入12,dp=[0,1,7,12]。curlen=3。  1 7 12

插入5,dp=[0,1,5,12] 可以插入5,因为dp数组并不代表的是最长递增子序列,只是代表长度为i的最长递增子序列的末尾元素的最小值为dp[i]。

比如dp[1]=1,表示长度为1的最长递增子序列的末尾元素的最小值为1。此时最长递增子序列为 1

dp[2]=5,表示长度为2的最长递增子序列的末尾元素的最小值为7。此时最长递增子序列为 1 5

dp[3]=12,表示长度为3的最长递增子序列的末尾元素的最小值为12。此时最长递增子序列为 1 5 12

最长递增子序列的长度是通过curlen来实时更新的。

代码如下:

 

 

 

使用二分查找解决最长递增子序列问题结合了贪心算法二分查找进行优化,该方法时间复杂度为 $\text{O}(n \cdot \text{log}\ n)$,适用于大规模数据,在输出最大递增子序列的长度的同时,也能找出具体的最大递增子序列 `tails` [^3]。 ### 思路 贪心思想在于尽可能使子序列的末尾元素小,这样后续能接更多元素。维护一个数组 `tails`,`tails[i]` 表示长度为 `i+1` 的递增子序列的末尾元素的最小值。 ### 步骤 1. 遍历数组 `nums` 中的每个元素 `num`。 2. 对于每个 `num`,使用二分查找在 `tails` 中找到第一个大于等于 `num` 的位置 `pos`。 3. 如果 `pos` 等于 `tails` 的长度,说明 `num` 比 `tails` 中所有元素都大,可将 `num` 追加到 `tails` 末尾,这意味着找到了更长的递增子序列。 4. 若 `pos` 小于 `tails` 的长度,将 `tails[pos]` 更新为 `num`,保证 `tails` 中每个位置记录的是对应长度递增子序列的最小末尾元素。 5. 最终 `tails` 的长度即为最长递增子序列的长度。 ### 代码示例 ```python def lengthOfLIS(nums): tails = [] for num in nums: left, right = 0, len(tails) while left < right: mid = left + (right - left) // 2 if tails[mid] < num: left = mid + 1 else: right = mid if left == len(tails): tails.append(num) else: tails[left] = num return len(tails) nums = [5,1,6,8,2,4,5,10] print(lengthOfLIS(nums)) ``` ### 复杂度分析 - **时间复杂度**:$\text{O}(n \cdot \text{log}\ n)$,其中 $n$ 是数组 `nums` 的长度。对于每个元素,二分查找的时间复杂度为 $\text{log}\ n$。 - **空间复杂度**:$\text{O}(n)$,主要用于存储 `tails` 数组。
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