[线性DP]最长不下降子序列(LIS)

本文介绍如何使用动态规划解决最长不下降子序列(LIS)问题,通过具体实例讲解了状态转移方程的设计和实现过程,并附带完整的C++代码。

题目:

在线性动态规划中状态是一维的,第i个元素的状态与前i-1个元素的状态有关,前i-1个状态组成一个决策序列,它是其他类动态规划的基础。典型的应用有LIS(最长不下降子序列),LCS(最长公共子序列)以及它们的应用。

例1 求最长不下降子序列。

由n个不相同的整数组成的数列,记为:a(1),a(2),…,a(n)且a(i)≠a(j)(i≠j),例如,3,18,7,14,10,12,23,41,16,24.若存在i1<

i2<i3<…<ie且有a(i1)<a(i2)<…<a(ie),则称其为长度为e的不下降子序列。如上例中3,18,23,24就是一个长度为4的不下降子序列,同时也有3,7,10,12,16,24长度为6的不下降子序列。程序要求,当原数列给出之后,求出最长的不下降子序列的数据个数。

输入文件:

第一行为N(1≤N≤5000),第二行为N个整数,之间用空格隔开。

输出文件:

最长的不下降子序列的数据个数。

输入样例:

10

3 18 7 14 10 12 23 41 16 24

输出样例:

6

思路:

DP入门题,状态转移方程:f[i] = max{ f[j] } + 1 (1 <= j < i);

状态转移方程f[i] = max{ f[j] }+1 要求a[j] < a[i], 那a[j] > a[i]怎么办?

我一开始有这样的疑问,其实是对 f[i] 有误解:

f[i] 不代表到 i 位置为止的最长不下降子序列的个数

f[i] 代表以 a[i] 为结尾的最长不下降子序列的个数,基于以 a[i] 为结尾这个条件,自然 a[j] < [i],最后只需要遍历一遍 f[i] 求其最大值就好

代码:

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <map>
#include <vector>
using namespace std;
/*
状态转移方程f[i] = max{f[j]} +1 (1 <= j < i);
f[i] 代表以 a[i] 结尾的最长不下降子序列
最后只需要遍历一遍f[0~n-1]最大的是谁就好
*/

int f[20];
int maxn;
int n;
void LIS_dp(int *a)
{
    for(int i = 0; i < n; i++)
    {
        f[i] = 1;
        for(int j = 0; j < i; j++)
        {
            if(a[i] > a[j] && f[j]+1 > f[i])
                f[i] = f[j] + 1;
        }
    }
}
int main()
{
    int a[10];
    scanf("%d", &n);
    for(int i = 0; i < n; i++)
        scanf("%d", &a[i]);
    LIS_dp(a);
    int t = 0;
    for(int i = 0; i < n; i++)
        if(f[i] > t)
            t = f[i];
    printf("%d", t);
    return 0;
}
/*
10
3 18 7 14 10 12 23 41 16 24
*/

反思:

关注 f[i] 或者 f[i][j] 等所代表的确切意思

### 蓝桥杯竞赛中最长下降子序列问题解析 #### 定义与背景 最长下降子序列(Longest Non-decreasing Subsequence, LNDS) 是指在一个给定的数组中找到一个尽可能长的子序列,使得这个子序列中的每一个元素都小于前一个元素。这类题目在编程比赛中非常常见。 #### 动态规划方法解决LNDS问题 对于长度为n的整数序列a_1,a_2,...,a_n来说,定义d[i]表示以第i个位置结尾的最大非严格递增子序列长度,则状态转移方程如下: \[ d[i]=\max_{j<i \text{ and } a_j \leqslant a_i}(d[j]+1), i=1...n \] 初始条件设为\(d[i]=1\) (因为最短的情况就是单独的一个数字),最后的结果是从所有的d[i]取最大值得到最终答案[^1]。 ```cpp #include <iostream> #include <vector> using namespace std; int main() { int n; cin >> n; vector<int> nums(n); for(int &num : nums){ cin>> num; } vector<int> dp(n, 1); // 初始化dp数组,默认每个元素都是独立的LIS for(int i = 1; i < n; ++i){ for(int j = 0; j < i; ++j){ if(nums[j] <= nums[i]){ dp[i] = max(dp[i], dp[j] + 1); } } } cout << *max_element(begin(dp), end(dp)) << endl; } ``` 这种基于动态规划的方法虽然简单易懂,但是时间复杂度达到了O(N^2),当输入规模较大时可能会遇到性能瓶颈。 为了优化这个问题的时间效率,可以采用二分查找配合贪心策略来降低计算量至接近线性的程度。具体实现上会涉及到维护一个辅助列表用于记录当前最优解路径上的最小可能值,并通过断更新该表达到加速的目的[^2]。
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