代码随想录算法学习心得 45 | 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...

news2024/11/15 8:25:00

一、最长递增子序列

链接:力扣

描述: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。


思路如下:

“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”。

 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。

动规五部曲:

1、dp[i]的定义

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。

2、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

3、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.

4、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。对于j的遍历顺序来说,从前往后和从后往前都可以,只有遍历完所有元素即可。

遍历i的循环在外层,遍历j则在内层,代码如下:


        for (int i = 0; i < nums.size(); i++)
        {
            for (int j = 0; j < i; j++)
            {
                if (nums[i] > nums[j])
                {//递推公式
                    dp[i] = max(dp[j] + 1, dp[i]);
                }
            }
        }

 

5、举例推导dp数组

输入:[0,1,0,3,2],dp数组的变化如下:


代码如下:

class Solution {
public:
    int lengthOfLIS(vector<int>& nums) 
    {
        //dp[i]:以nums[i]为结尾的最长递增子序列的长度
        vector<int>dp(nums.size(), 1);
        int result = 0;
        for (int i = 0; i < nums.size(); i++)
        {
            for (int j = 0; j < i; j++)
            {
                if (nums[i] > nums[j])
                {//递推公式
                    dp[i] = max(dp[j] + 1, dp[i]);
                }
            }
        }
        for (int i = 0; i < nums.size(); i++)
        {
            //求dp数组的最大值
            result = max(result, dp[i]);
        }
        return result;
    }
};

运行如下:

 


二、最长连续递增序列

链接:力扣

描述: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。


思路如下:

本题与上一题最大的区别在于“连续”,本题要求的是最长连续递增序列

动规五部曲分析如下:

1、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]。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。

2、确定递推公式

其中一种思路:

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;

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]。

第二种思路:直接在上一题的思路加一个j与i的关系作为判断条件:i==j-1即可。

3、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;

4、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。

5、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:


代码如下:

class Solution {
public:
    int findLengthOfLCIS(vector<int>& nums) 
    {
        //dp[i]:以nums[i]为结尾的最长连续递增序列的长度
        vector<int>dp(nums.size(), 1);
        int result;
        for (int i = 0; i < nums.size(); i++)
        {
            for (int j = 0; j < i; j++)
            {
                if (nums[i] > nums[j] && i == j + 1)
                {
                    dp[i] = max(dp[j] + 1, dp[i]);
                }
            }
            result = max(result, dp[i]);
        }
        return result;
    }  
};

运行如下:


三、最长重复子数组

链接:力扣

描述:给两个整数数组 nums1 和 nums2 ,返回 两个数组中 公共的 、长度最长的子数组的长度 


思路如下:本题也是子序列问题,题目中的子数组,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。

本题还可以用动态规划来解决,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:

1、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 )

根据该定义,dp[0][0]是无意义的定义,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。

2、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。

3、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,为了方便,递归公式为: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。

4、确定遍历顺序

外层for循环遍历A,内层for循环遍历B。

反过来也可以。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];
    }
}

5、举例推导dp数组

以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:


代码如下:

class Solution {
public:
    int findLength(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2)
    {
        //dp[i][j]:以nums1[i-1]和nums2[j-1]为结尾元素的最长重复子数组的长度
        vector<vector<int>>dp(nums1.size() + 1, vector<int>(nums2.size()+1));
        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;
                }
                result = max(result, dp[i][j]);
            }   
        }
        return result;
    }
};

运行如下:

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