300.最长递增子序列
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给你一个整数数组 nums ,找到其中最长严格递增子序列的长度。
子序列是由数组派生而来的序列,删除(或不删除)数组中的元素而不改变其余元素的顺序。例如,[3,6,2,7] 是数组 [0,3,1,6,2,2,7] 的子序列。
示例 1:
- 输入:nums = [10,9,2,5,3,7,101,18]
- 输出:4
- 解释:最长递增子序列是 [2,3,7,101],因此长度为 4 。
示例 2:
- 输入:nums = [0,1,0,3,2,3]
- 输出:4
示例 3:
- 输入:nums = [7,7,7,7,7,7,7]
- 输出:1
提示:
- 1 <= nums.length <= 2500
- -10^4 <= nums[i] <= 104
#思路
首先通过本题大家要明确什么是子序列,“子序列是由数组派生而来的序列,删除(或不删除)数组中的元素而不改变其余元素的顺序”。
本题也是代码随想录中子序列问题的第一题,如果没接触过这种题目的话,本题还是很难的,甚至想暴力去搜索也不知道怎么搜。 子序列问题是动态规划解决的经典问题,当前下标i的递增子序列长度,其实和i之前的下表j的子序列长度有关系,那又是什么样的关系呢。
接下来,我们依然用动规五部曲来详细分析一波:
- dp[i]的定义
本题中,正确定义dp数组的含义十分重要。
dp[i]表示i之前包括i的以nums[i]结尾的最长递增子序列的长度
为什么一定表示 “以nums[i]结尾的最长递增子序” ,因为我们在 做 递增比较的时候,如果比较 nums[j] 和 nums[i] 的大小,那么两个递增子序列一定分别以nums[j]为结尾 和 nums[i]为结尾, 要不然这个比较就没有意义了,不是尾部元素的比较那么 如何算递增呢。
- 状态转移方程
位置i的最长升序子序列等于j从0到i-1各个位置的最长升序子序列 + 1 的最大值。
所以:if (nums[i] > nums[j]) dp[i] = max(dp[i], dp[j] + 1);
注意这里不是要dp[i] 与 dp[j] + 1进行比较,而是我们要取dp[j] + 1的最大值。
- dp[i]的初始化
每一个i,对应的dp[i](即最长递增子序列)起始大小至少都是1.
- 确定遍历顺序
dp[i] 是有0到i-1各个位置的最长递增子序列 推导而来,那么遍历i一定是从前向后遍历。
j其实就是遍历0到i-1,那么是从前到后,还是从后到前遍历都无所谓,只要吧 0 到 i-1 的元素都遍历了就行了。 所以默认习惯 从前向后遍历。
遍历i的循环在外层,遍历j则在内层,代码如下:
for (int i = 1; i < nums.size(); i++) {
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (nums[i] > nums[j]) dp[i] = max(dp[i], dp[j] + 1);
}
if (dp[i] > result) result = dp[i]; // 取长的子序列
}
- 举例推导dp数组
输入:[0,1,0,3,2],dp数组的变化如下:
如果代码写出来,但一直AC不了,那么就把dp数组打印出来,看看对不对!
以上五部分析完毕,C++代码如下:
class Solution {
public:
int lengthOfLIS(vector<int>& nums) {
if (nums.size() <= 1) return nums.size();
vector<int> dp(nums.size(), 1);
int result = 0;
for (int i = 1; i < nums.size(); i++) {
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (nums[i] > nums[j]) dp[i] = max(dp[i], dp[j] + 1);
}
if (dp[i] > result) result = dp[i]; // 取长的子序列
}
return result;
}
};
- 时间复杂度: O(n^2)
- 空间复杂度: O(n)
#总结
本题最关键的是要想到dp[i]由哪些状态可以推出来,并取最大值,那么很自然就能想到递推公式:dp[i] = max(dp[i], dp[j] + 1);
子序列问题是动态规划的一个重要系列,本题算是入门题目,好戏刚刚开始!
674. 最长连续递增序列
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给定一个未经排序的整数数组,找到最长且 连续递增的子序列,并返回该序列的长度。
连续递增的子序列 可以由两个下标 l 和 r(l < r)确定,如果对于每个 l <= i < r,都有 nums[i] < nums[i + 1] ,那么子序列 [nums[l], nums[l + 1], ..., nums[r - 1], nums[r]] 就是连续递增子序列。
示例 1:
- 输入:nums = [1,3,5,4,7]
- 输出:3
- 解释:最长连续递增序列是 [1,3,5], 长度为3。尽管 [1,3,5,7] 也是升序的子序列, 但它不是连续的,因为 5 和 7 在原数组里被 4 隔开。
示例 2:
- 输入:nums = [2,2,2,2,2]
- 输出:1
- 解释:最长连续递增序列是 [2], 长度为1。
提示:
- 0 <= nums.length <= 10^4
- -10^9 <= nums[i] <= 10^9
#思路
本题相对于昨天的动态规划:300.最长递增子序列 (opens new window)最大的区别在于“连续”。
本题要求的是最长连续递增序列
#动态规划
动规五部曲分析如下:
- 确定dp数组(dp table)以及下标的含义
dp[i]:以下标i为结尾的连续递增的子序列长度为dp[i]。
注意这里的定义,一定是以下标i为结尾,并不是说一定以下标0为起始位置。
- 确定递推公式
如果 nums[i] > nums[i - 1],那么以 i 为结尾的连续递增的子序列长度 一定等于 以i - 1为结尾的连续递增的子序列长度 + 1 。
即:dp[i] = dp[i - 1] + 1;
注意这里就体现出和动态规划:300.最长递增子序列 (opens new window)的区别!
因为本题要求连续递增子序列,所以就只要比较nums[i]与nums[i - 1],而不用去比较nums[j]与nums[i] (j是在0到i之间遍历)。
既然不用j了,那么也不用两层for循环,本题一层for循环就行,比较nums[i] 和 nums[i - 1]。
这里大家要好好体会一下!
- dp数组如何初始化
以下标i为结尾的连续递增的子序列长度最少也应该是1,即就是nums[i]这一个元素。
所以dp[i]应该初始1;
- 确定遍历顺序
从递推公式上可以看出, dp[i + 1]依赖dp[i],所以一定是从前向后遍历。
本文在确定递推公式的时候也说明了为什么本题只需要一层for循环,代码如下:
for (int i = 1; i < nums.size(); i++) {
if (nums[i] > nums[i - 1]) { // 连续记录
dp[i] = dp[i - 1] + 1;
}
}
- 举例推导dp数组
已输入nums = [1,3,5,4,7]为例,dp数组状态如下:
注意这里要取dp[i]里的最大值,所以dp[2]才是结果!
以上分析完毕,C++代码如下:
class Solution {
public:
int findLengthOfLCIS(vector<int>& nums) {
if (nums.size() == 0) return 0;
int result = 1;
vector<int> dp(nums.size() ,1);
for (int i = 1; i < nums.size(); i++) {
if (nums[i] > nums[i - 1]) { // 连续记录
dp[i] = dp[i - 1] + 1;
}
if (dp[i] > result) result = dp[i];
}
return result;
}
};
- 时间复杂度:O(n)
- 空间复杂度:O(n)
#贪心
这道题目也可以用贪心来做,也就是遇到nums[i] > nums[i - 1]的情况,count就++,否则count为1,记录count的最大值就可以了。
代码如下:
class Solution {
public:
int findLengthOfLCIS(vector<int>& nums) {
if (nums.size() == 0) return 0;
int result = 1; // 连续子序列最少也是1
int count = 1;
for (int i = 1; i < nums.size(); i++) {
if (nums[i] > nums[i - 1]) { // 连续记录
count++;
} else { // 不连续,count从头开始
count = 1;
}
if (count > result) result = count;
}
return result;
}
};
- 时间复杂度:O(n)
- 空间复杂度:O(1)
#总结
本题也是动规里子序列问题的经典题目,但也可以用贪心来做,大家也会发现贪心好像更简单一点,而且空间复杂度仅是O(1)。
在动规分析中,关键是要理解和动态规划:300.最长递增子序列 (opens new window)的区别。
要联动起来,才能理解递增子序列怎么求,递增连续子序列又要怎么求。
概括来说:不连续递增子序列的跟前0-i 个状态有关,连续递增的子序列只跟前一个状态有关
本篇我也把区别所在之处重点介绍了,关键在递推公式和遍历方法上,大家可以仔细体会一波!
718. 最长重复子数组
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给两个整数数组 A 和 B ,返回两个数组中公共的、长度最长的子数组的长度。
示例:
输入:
- A: [1,2,3,2,1]
- B: [3,2,1,4,7]
- 输出:3
- 解释:长度最长的公共子数组是 [3, 2, 1] 。
提示:
- 1 <= len(A), len(B) <= 1000
- 0 <= A[i], B[i] < 100
#思路
注意题目中说的子数组,其实就是连续子序列。
要求两个数组中最长重复子数组,如果是暴力的解法 只需要先两层for循环确定两个数组起始位置,然后再来一个循环可以是for或者while,来从两个起始位置开始比较,取得重复子数组的长度。
本题其实是动规解决的经典题目,我们只要想到 用二维数组可以记录两个字符串的所有比较情况,这样就比较好推 递推公式了。 动规五部曲分析如下:
- 确定dp数组(dp table)以及下标的含义
dp[i][j] :以下标i - 1为结尾的A,和以下标j - 1为结尾的B,最长重复子数组长度为dp[i][j]。 (特别注意: “以下标i - 1为结尾的A” 标明一定是 以A[i-1]为结尾的字符串 )
此时细心的同学应该发现,那dp[0][0]是什么含义呢?总不能是以下标-1为结尾的A数组吧。
其实dp[i][j]的定义也就决定着,我们在遍历dp[i][j]的时候i 和 j都要从1开始。
那有同学问了,我就定义dp[i][j]为 以下标i为结尾的A,和以下标j 为结尾的B,最长重复子数组长度。不行么?
行倒是行! 但实现起来就麻烦一点,需要单独处理初始化部分,在本题解下面的拓展内容里,我给出了 第二种 dp数组的定义方式所对应的代码和讲解,大家比较一下就了解了。
- 确定递推公式
根据dp[i][j]的定义,dp[i][j]的状态只能由dp[i - 1][j - 1]推导出来。
即当A[i - 1] 和B[j - 1]相等的时候,dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] + 1;
根据递推公式可以看出,遍历i 和 j 要从1开始!
- dp数组如何初始化
根据dp[i][j]的定义,dp[i][0] 和dp[0][j]其实都是没有意义的!
但dp[i][0] 和dp[0][j]要初始值,因为 为了方便递归公式dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] + 1;
所以dp[i][0] 和dp[0][j]初始化为0。
举个例子A[0]如果和B[0]相同的话,dp[1][1] = dp[0][0] + 1,只有dp[0][0]初始为0,正好符合递推公式逐步累加起来。
- 确定遍历顺序
外层for循环遍历A,内层for循环遍历B。
那又有同学问了,外层for循环遍历B,内层for循环遍历A。不行么?
也行,一样的,我这里就用外层for循环遍历A,内层for循环遍历B了。
同时题目要求长度最长的子数组的长度。所以在遍历的时候顺便把dp[i][j]的最大值记录下来。
代码如下:
for (int i = 1; i <= nums1.size(); i++) {
for (int j = 1; j <= nums2.size(); j++) {
if (nums1[i - 1] == nums2[j - 1]) {
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] + 1;
}
if (dp[i][j] > result) result = dp[i][j];
}
}
- 举例推导dp数组
拿示例1中,A: [1,2,3,2,1],B: [3,2,1,4,7]为例,画一个dp数组的状态变化,如下:
以上五部曲分析完毕,C++代码如下:
// 版本一
class Solution {
public:
int findLength(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
vector<vector<int>> dp (nums1.size() + 1, vector<int>(nums2.size() + 1, 0));
int result = 0;
for (int i = 1; i <= nums1.size(); i++) {
for (int j = 1; j <= nums2.size(); j++) {
if (nums1[i - 1] == nums2[j - 1]) {
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] + 1;
}
if (dp[i][j] > result) result = dp[i][j];
}
}
return result;
}
};
- 时间复杂度:O(n × m),n 为A长度,m为B长度
- 空间复杂度:O(n × m)
#滚动数组
在如下图中:
我们可以看出dp[i][j]都是由dp[i - 1][j - 1]推出。那么压缩为一维数组,也就是dp[j]都是由dp[j - 1]推出。
也就是相当于可以把上一层dp[i - 1][j]拷贝到下一层dp[i][j]来继续用。
此时遍历B数组的时候,就要从后向前遍历,这样避免重复覆盖。
// 版本二
class Solution {
public:
int findLength(vector<int>& A, vector<int>& B) {
vector<int> dp(vector<int>(B.size() + 1, 0));
int result = 0;
for (int i = 1; i <= A.size(); i++) {
for (int j = B.size(); j > 0; j--) {
if (A[i - 1] == B[j - 1]) {
dp[j] = dp[j - 1] + 1;
} else dp[j] = 0; // 注意这里不相等的时候要有赋0的操作
if (dp[j] > result) result = dp[j];
}
}
return result;
}
};
- 时间复杂度:$O(n × m)$,n 为A长度,m为B长度
- 空间复杂度:$O(m)$
#拓展
前面讲了 dp数组为什么定义:以下标i - 1为结尾的A,和以下标j - 1为结尾的B,最长重复子数组长度为dp[i][j]。
我就定义dp[i][j]为 以下标i为结尾的A,和以下标j 为结尾的B,最长重复子数组长度。不行么?
当然可以,就是实现起来麻烦一些。
如果定义 dp[i][j]为 以下标i为结尾的A,和以下标j 为结尾的B,那么 第一行和第一列毕竟要进行初始化,如果nums1[i] 与 nums2[0] 相同的话,对应的 dp[i][0]就要初始为1, 因为此时最长重复子数组为1。 nums2[j] 与 nums1[0]相同的话,同理。
所以代码如下:
// 版本三
class Solution {
public:
int findLength(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
vector<vector<int>> dp (nums1.size() + 1, vector<int>(nums2.size() + 1, 0));
int result = 0;
// 要对第一行,第一列经行初始化
for (int i = 0; i < nums1.size(); i++) if (nums1[i] == nums2[0]) dp[i][0] = 1;
for (int j = 0; j < nums2.size(); j++) if (nums1[0] == nums2[j]) dp[0][j] = 1;
for (int i = 0; i < nums1.size(); i++) {
for (int j = 0; j < nums2.size(); j++) {
if (nums1[i] == nums2[j] && i > 0 && j > 0) { // 防止 i-1 出现负数
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] + 1;
}
if (dp[i][j] > result) result = dp[i][j];
}
}
return result;
}
};
大家会发现 这种写法 一定要多写一段初始化的过程。
而且为了让 if (dp[i][j] > result) result = dp[i][j];
收集到全部结果,两层for训练一定从0开始遍历,这样需要加上 && i > 0 && j > 0
的判断。
对于基础不牢的小白来说,在推导出转移方程后可能疑惑上述代码为什么要从i=0,j=0
遍历而不是从i=1,j=1
开始遍历,原因在于这里如果不是从i=0,j=0
位置开始遍历,会漏掉如下样例结果:
nums1 = [70,39,25,40,7]
nums2 = [52,20,67,5,31]
当然,如果你愿意也可以使用如下代码,与上面那个c++是同一思路:
class Solution {
public int findLength(int[] nums1, int[] nums2) {
int len1 = nums1.length;
int len2 = nums2.length;
int[][] result = new int[len1][len2];
int maxresult = Integer.MIN_VALUE;
for(int i=0;i<len1;i++){
if(nums1[i] == nums2[0])
result[i][0] = 1;
if(maxresult<result[i][0])
maxresult = result[i][0];
}
for(int j=0;j<len2;j++){
if(nums1[0] == nums2[j])
result[0][j] = 1;
if(maxresult<result[0][j])
maxresult = result[0][j];
}
for(int i=1;i<len1;i++){
for(int j=1;j<len2;j++){
if(nums1[i]==nums2[j])
result[i][j] = result[i-1][j-1]+1;
if(maxresult<result[i][j])
maxresult = result[i][j];
}
}
return maxresult;
}
}
对于小白来说一定要明确dp数组中初始化的数据是什么
整体而言相对于版本一来说还是多写了不少代码。而且逻辑上也复杂了一些。 优势就是dp数组的定义,更直观一点。