【动态规划-4.2 最长递增子序列(LIS)】力扣300. 最长递增子序列

news2024/11/24 16:48:55

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

在这里插入图片描述

动态规划

class Solution {
public:
    int lengthOfLIS(vector<int>& nums) {
        int n = nums.size();
        if(n == 0){
            return 0;
        }

        vector<int> dp(n, 1);
        for(int i = 0; i < n; i++){
            for(int j = 0; j < i; j++){
                if(nums[i] > nums[j]){
                    dp[i] = max(dp[i], dp[j] + 1);
                }
            }
        }
        return *max_element(dp.begin(), dp.end());
    }
};

时间复杂度:O(n^2),其中 n 为数组 nums 的长度。动态规划的状态数为 n,计算状态 dp[i] 时,需要 O(n) 的时间遍历 dp[0…i−1] 的所有状态。

空间复杂度:O(n),需要额外使用长度为 n 的 dp 数组。

vector dp(n, 1); 创建了一个长度为 n 的 dp 数组,初始值全部设为 1。dp[i] 表示以 nums[i] 结尾的最长递增子序列的长度。
为什么初始值为 1?因为每个元素本身都可以成为一个递增子序列。

if(nums[i] > nums[j]),如果 nums[i] 大于 nums[j],则意味着可以将 nums[i] 接在 nums[j] 之后形成一个更长的递增子序列。
dp[i] = max(dp[i], dp[j] + 1),更新 dp[i],选择 dp[i] 和 dp[j] + 1 中的较大值,表示以 nums[i] 结尾的最长递增子序列的长度。

return *max_element(dp.begin(), dp.end()); 返回 dp 数组中的最大值,即整个数组中最长递增子序列的长度。

贪心+二分查找

class Solution {
public:
    int lengthOfLIS(vector<int>& nums) {
        int len = 1;
        int n = nums.size();
        if (n == 0) {
            return 0;
        }
        //d[i]代表长度为i的最长上升子序列的末尾元素最小值
        vector<int> d(n+1);
        d[1] = nums[0];
        for(int i = 1; i < n; i++){
            if(nums[i] > d[len]){
                d[++len] = nums[i];
            }
            else{
                int l = 1, r = len, pos = 0;
                while(r >= l){
                    int mid = (l+r) >> 1;
                    if(d[mid] < nums[i]){
                        l = mid + 1;
                        pos = mid;
                    }
                    else{
                        r = mid - 1;
                    }
                }
                d[pos+1] = nums[i];
            }  
        }
        return len;
    }
};

时间复杂度:O(nlogn)。数组 nums 的长度为 n,我们依次用数组中的元素去更新 d 数组,而更新 d 数组时需要进行 O(logn) 的二分搜索,所以总时间复杂度为 O(nlogn)。

空间复杂度:O(n),需要额外使用长度为 n 的 d 数组。

vector<int> d(n+1);d 数组用于记录长度为 i 的最长上升子序列的最小结尾元素(即 d[i] 代表长度为 i 的子序列的末尾元素的最小值)。这里将其初始化为大小为 n+1。

这个解法的巧妙之处在于,他在遍历nums[i]的时候,就已经在尝试拼凑最长递增的子序列。要满足最长递增子序列,我们要求在相同长度的子序列下,让末尾元素尽量地小。

所以我们在尝试拼凑子序列的时候,我们会将nums[i]与目前的最长子序列的最后一个元素进行比较,如果nums[i]较大,那么就说明nums[i]可以接在这个子序列中拼凑出一个更长的子序列。

如果nums[I]较小,我们就要使用二分查找来找到d数组中小于nums[i]的最大元素,也就是说是比d数组中比nums[i]小且最接近nums[i]的数。由于nums[i]经过二分查找,肯定比d[pos+1]要小,所以在相同长度的子序列中,末尾最小元素就为nums[i]。

思考
我们需要的是len的长度,len++的来源于nums[i]大于d[len],如果d[len]被替换成更小的nums[i],会对后续的len++有正面影响,如果nums[i]替换掉的不是d[len],假设是d[len-1],那么会减小d[len-1]的值,在后续的nums[i]的替换中,会变得更容易被选为pos,从而替换d[len-1],然后对后续的len++有正面影响。

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