上升子序列的最大长度,递归-记忆化搜索-动态规划三步走

news2024/9/27 2:51:12

题目描述:
小明有一个数组,他想从数组任意元素开始向后遍历,找出所有上升子序列,并计算出最长的上升子序列的长度。

数据范围:
每组数据长度满足 1≤n≤200 1≤n≤200 , 数据大小满足 1≤val≤350 1≤val≤350

输入描述:
数据共2行,第1行先输入数组的个数,第2行再输入梅花桩的高度

输出描述:
输出一个结果

示例:
假设数组为:6,2,3,7,9,0,10
若选择第一个元素6作为起点,则最长的上升子序列为:6,7,9,10;长度为4
若选择第二个元素2作为起点,则最长的上升子序列为:2,3,7,9,10;长度为5
若选择第三个元素3作为起点,则最长的上升子序列为:3,7,9,10;长度为4
若选择第四个元素7作为起点,则最长的上升子序列为:7,9,10;长度为3
若选择第五个元素9作为起点,则最长的上升子序列为:9,10;长度为2
若选择第六个元素0作为起点,则最长的上升子序列为:0,10;长度为2
若选择第七个元素10作为起点,则最长的上升子序列为:10;长度为1

用一个矩阵表示上述示例信息:
6,2,3,7,9,0,10
6,x,x,79,x,10
x,2379,x,10
x,x,379,x,10
x,x,x,79,x,10
x,x,x,x,9,x,10
x,x,x,x,x,010
x,x,x,x,x,x,10
x,x,x,x,x,x,x

站在每一个元素的位置考虑,若当前位置的元素比其前边的元素要大,则形成了一种升序的关系。
如:
站在元素6的位置考虑,它前边没有元素,所以它本身就构成了一个上升子序列。
站在元素2的位置考虑,它前边有一个元素,但是前边的元素6比它本身要大,所以它也只能用元素本身构成一个升序子序列。
站在元素3的位置考虑,元素6肯定无法与元素3构成升序的关系,但是元素2可以。所以站在元素3的位置考虑,升序子序列为2,3。以此类推。
我们考虑一个位置的元素是否与之前的元素构成升序关系,那么直接从下标0遍历到当前元素位置-1的位置,用当前位置元素与过往元素逐一比较就能辨别出是否含有升序关系。如下图,可以明显的发现,考虑第n个位置的元素是否与0~n-1位置的元素构成升序子序列时,有多个重复的子过程。
即考虑6的时候,前方无元素
考虑2的时候,要考虑前方的6
考虑3的时候,要考虑前方的6和2…
在这里插入图片描述那么现在使用递归设计一套流程,计算以每个位置为结尾的子数组包含多少个上升子序列的元素,并取最大的元素个数。

package main

import (
	"fmt"
)

func main() {
	n := 0
	fmt.Scan(&n)
	arr := make([]int, 0, n)
	tmp := 0
	for i := 0; i < n; i++ {
		fmt.Scan(&tmp)
		arr = append(arr, tmp)
	}
	result := -0x3f3f3f3f
	for i := 0; i < len(arr); i++ {
		tmp := process(arr, i)
		if tmp > result {
			result = tmp
		}
	}
	fmt.Println(result)
}

func process(arr []int, index int) (result int) {
	if index == 0 {
		return 1
	}
	for i := 0; i < index; i++ {
		if arr[index] > arr[i] {
			tmp := process(arr, i)
			if tmp > result {
				result = tmp
			}
		}
	}
	return result + 1
}

因为有多个重复子过程,所以可将上述流程优化成记忆化搜索。

package main

import (
	"fmt"
)

func main() {
	n := 0
	fmt.Scan(&n)
	arr := make([]int, 0, n)
	tmp := 0
	for i := 0; i < n; i++ {
		fmt.Scan(&tmp)
		arr = append(arr, tmp)
	}
	cache := make([]int, len(arr))
	result := -0x3f3f3f3f
	for i := 0; i < len(arr); i++ {
		tmp := process(arr, cache, i)
		if tmp > result {
			result = tmp
		}
	}
	fmt.Println(result)
}

func process(arr []int, cache []int, index int) (result int) {
	if index == 0 {
		return 1
	}
	for i := 0; i < index; i++ {
		var tmp int
		if arr[index] > arr[i] {
			if cache[i] != 0 {
				tmp = cache[i]
			} else {
				tmp = process(arr, cache, i)
				cache[i] = tmp
			}
			if tmp > result {
				result = tmp
			}
		}
	}
	return result + 1
}

有了记忆化搜索,我们何不将其优化成动态规划的形式,将递归换成循环即可。如下:记忆化搜索改写成动态规划。

package main

import (
    "fmt"
)

func main(){
    n := 0
    fmt.Scan(&n)
    arr := make([]int,0,n)
    tmp := 0
    for i := 0; i < n; i++ {
        fmt.Scan(&tmp)
        arr = append(arr, tmp)
    }

    // 6
    // 2 5 1 5 4 5 
    // 2 x x x 4 5
    // x 5 x x x x
    // x x 1 x 4 5
    // x x x 5 x x
    // x x x x 4 5
    // x x x x x 5

    cache := make([]int,n)
    for i := 0; i < n; i++ {
        cache[i] = 1
    }

    res := 0
    for i := 1; i < n; i++ {
        for j := 0; j < i; j++ {
            if arr[i] > arr[j] {
                cache[i] = max(cache[i], cache[j]+1)
            }
        }
        if cache[i] > res {
            res = cache[i]
        }
    }
    fmt.Println(res)

}

func max(a, b int) int {
    if a > b {
        return a
    }
    return b
}

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