数据结构与算法|算法总结|动态规划篇之子序列、子数组问题

news2024/11/24 0:21:51

首先我们要明确以下两个问题:
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。例如,[3,6,2,7] 是数组 [0,3,1,6,2,2,7] 的子序列。
子数组:子数组是数组中的一个连续部分

好了现在开始做总结!

首先我们一起复习动规五部曲:

  1. 确定 dp 数组以及下标含义
  2. 确定递推公式
  3. dp 数组如何初始化
  4. 确定遍历顺序
  5. 距离推导 dp 数组

然后建议搭配 数据结构与算法|算法总结|动态规划之编辑距离总结篇(或者叫两个序列之间的比较问题)食用。

在这里插入图片描述

文章目录

  • ⭐️300.最长递增子序列
  • 674.最长连续递增序列
  • ⭐️718.最长重复子数组
  • 1143.最长公共子序列

⭐️300.最长递增子序列

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文章讲解:300.最长递增子序列

视频链接:动态规划之子序列问题,元素不连续!| LeetCode:300.最长递增子序列
状态:子序列问题的开篇,主要是子序列问题思路的开端,非常重要。特别是关于他的dp数组,反复推敲反复琢磨: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

这里需要提到的一个重点是:
对于递推公式:
d p [ i ] = m a x ( d p [ i ] , d p [ j ] + 1 ) dp[i] = max(dp[i], dp[j] + 1) dp[i]=max(dp[i],dp[j]+1)
这里的主要含义不是取其中的最大值,而是去遍历 dp[j],拿到他的最大值。

既然这里有个 j 出现了,我们当然可以判断到:

if (nums[j] < nums[i]) dp[i] = max(dp[i], dp[j] + 1)

所以遍历顺序也很容易得到:

for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
	for (int j = 0; j < nums.size(); j++) {
		...
	}
}

674.最长连续递增序列

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文章讲解:674.最长连续递增序列

视频讲解:动态规划之子序列问题,重点在于连续!| LeetCode:674.最长连续递增序列

状态:连续递增子序列和递增子序列区别在哪里?体现在代码中的话又在哪里呢?

  • 首先之前的300.最长递增子序列只要求递增子序列,并不要求序列在数组是是一组连续的数,而本题要求连续的递增子序列。其实只要一连续,很明显就可以用贪心算法了(贪心算法的求解会放在最后面);
  • 再一个,代码中我们要求的连续的子序列,所以两次遍历肯定是不用了,只要每次发现连续小的话,直接来个+1即可。

这里我们可以使用贪心算法,某种程度来说,也可以使用滑动窗口来解决该问题,也就是说,只要一连续,尝试滑动窗口也是非常不错的选择。

但是在这里只描述动态规划的方法:

  • 明确dp数组的含义
    跟上一题一样,以下标i为结尾的最长连续递增子序列的长度为dp[i]

  • 确定递推公式
    在300.最长递增子序列中,我们的dp[i]是由i面前的某个元素j来进行推导。
    本题中我们求的是连续的递增子序列,所以我们没有必要去比较前面的所有元素了,在上一题中,我们可是遍历了0~i-1的j。
    所以如果我们nums[i] > nums[i-1],我们就做对应的那个dp[i] + 1的操作,即:
    d p [ i ] = d p [ i − 1 ] + 1 dp[i]=dp[i-1]+1 dp[i]=dp[i1]+1

  • dp数组的初始化
    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。

⭐️718.最长重复子数组

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文章讲解:718.最长重复子数组

视频讲解:动态规划之子序列问题,想清楚DP数组的定义 | LeetCode:718.最长重复子数组
状态:题目风格开始突变!现在我们要比较的是两个数组!

其实如果我们能够提前知道这题使用动态规划,我们就可以拿 dp 数组去硬套!

题目要求返回 两个数组中 公共的 、长度最长的子数组的长度 。

我们可以设 dp 的含义为:dp[i][j] 表示分别以第 i - 1 和第 j - 1 结尾的数组 A 和数组 B公共的、长度最长的子数组。为什么这么设置呢?因为我们需要统一递推公式。等我们推理出递推公式之后自然可以理解。

那么递推公式应该是什么样的呢?其实我们对着两个数组稍微比较一下就知道了,如果想推理出第 i -1 个位置和第 i - 2 个位置的值,我们需要在前一个位置上 + 1,所以有:
d p [ i ] [ j ] = d p [ i − 1 ] d p [ j − 1 ] + 1 dp[i][j] = dp[i - 1]dp[j - 1] + 1 dp[i][j]=dp[i1]dp[j1]+1

如果我们在设计 dp 数组含义的时候使用 dp[i][j] 表示分别以第 i 和第 j 结尾,那么我们如何计算 dp[0][0]呢?

至此,题目基本解决。

1143.最长公共子序列

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文章讲解:1143.最长公共子序列

视频讲解:动态规划子序列问题经典题目 | LeetCode:1143.最长公共子序列
状态:本题其实就跟718.最长重复子数组类似,但是不要求连续了。

本题的难点我认为主要还是在:

  1. 递推数组的分情况讨论:
    我们如何得出需要讨论这两个情况呢?因为我们对本题的 dp 数组的设计为:长度为[0, i - 1]的字符串text1与长度为[0, j - 1]的字符串text2的最长公共子序列为dp[i][j]
    如果 i - 1 位置 和 j - 1 位置相等了,我们肯定就是把 i - 2 位置和 j - 2 位置的值 + 1;
    如果不想等,那么说明我们不能考虑同时考虑这两个位置的字母,选择比较 i - 2 与 j - 1 位置 or i - 1 位置 与 j - 2 位置
    • i f ( t e s t [ i − 1 ] = = t e x t 2 [ j − 1 ] ) if (test[i - 1] == text2[j - 1]) if(test[i1]==text2[j1])

    • i f ( t e s t [ i − 1 ] ! = t e x t 2 [ j − 1 ] if (test[i - 1] != text2[j - 1] if(test[i1]!=text2[j1]

  2. 理解第二个递推公式

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