(LIS)最长上升子序列-二分优化

最长上升子序列-二分优化

LIS定义：

一个数的序列bi，当b1 < b2 < … < bS的时候，我们称这个序列是上升的。对于给定的一个序列(a1, a2, …, aN)，我们可以得到一些上升的子序列(ai1, ai2, …, aiK)，这里1 <= i1 < i2 < … < iK <= N。比如，对于序列(1, 7, 3, 5, 9, 4, 8)，有它的一些上升子序列，如(1, 7), (3, 4, 8)等等。这些子序列中最长的长度是4，比如子序列(1, 3, 5, 8)

实现思路：

动态规划：O(n^2)

假设目前处于 i ，如果 a[i] > a[j] ，如果 j+1~i-1 之间都是小于或者等于 a[j] 的数，那么此时 0~i 的最长上升序列等于 0~j 的最长上升序列 +1，如果 j+1~i-1 之间还有数大于a[j] ，那么取后者

得状态转移方程：DP[i] = max( DP[i] , DP[j]+1 )

DP实现代码：

//DP
int LIS(int a[],int n)
{
    int DP[n];
    int Cnt=-1;
    memset(DP,0,sizeof(DP));
    for(int i=0;i<n;i++)
        for(int j=0;j<i;j++)
        {
            if(a[i]>a[j])      
            {
                DP[i]=max(DP[i],DP[j]+1);
                Cnt=max(DP[i],Cnt);   //记录最长
            }
        }
    return Cnt+1;   //因为初始化为0，所以结果+1

}

贪心+二分：O(nlogn)---推荐

要让一个序列具有最长上升子序列，其实就是保证子序列中的每个元素尽可能小，降低门槛，让后面的元素尽可能多进入该子序列

定义一个最长子序列数组 Array ，以及当前长度Len，从头到尾维护数组 a

a. a[i] > Array[i] （当前元素大于子序列结尾元素），则a[i]进入子序列： Array[++Len]=a[i]

b. a[i]<= Array[i] ，这时对Array进行维护，把Array中比 a[i] 大的第一个元素替换成 a[i]（替换第一个大的原因是维护Array的递增性），这样可以降低后面元素进入子序列的门槛

为了降低算法复杂度，因为Array是升序序列，所以用lower_bound 查找Array 中第一个大于等于a[i]的元素

贪心二分实现代码：

//贪心+二分
int LIS(int a[])
{
    int Cnt=0;
    int Array[n+1];
    Array[0]=a[0];
    for(int i=1;i<n;i++)
    {
        if(a[i]>Array[Cnt])
            Array[++Cnt]=a[i];
        else
        {
            int Index=lower_bound(Array,Array+Cnt+1,a[i])-Array;
            Array[Index]=a[i];
        }
    }
    return Cnt+1;   //实际长度需+1
}

求最长下降子序列：

无需再写一个LDS---直接将要求的数组倒序，倒序数组的最长上升子序列长度=原数组最长下降子序列长度

最长不递减子序列-----扩展

定义：

在最长上升子序列的基础上，允许相同的若干元素出现在子序列中，在实际题目中也会出现，在实现上做点细节修改

原先实现细节变化：

DP：a[i] > a[j] ----- a[i] >= a[j] 因为相同元素也会让序列变长

//最长不递减子序列
int LNDS(int a[],int n)
{
    int DP[n];
    int Cnt=-1;
    memset(DP,0,sizeof(DP));
    for(int i=0;i<n;i++)
        for(int j=0;j<i;j++)
        {
            if(a[i]>=a[j])      
            {
                DP[i]=max(DP[i],DP[j]+1);
                Cnt=max(DP[i],Cnt);   //记录最长
            }
        }
    return Cnt+1;   //因为初始化为0，所以结果+1

}

贪心+二分：a[i] > a[j] ----- a[i] >= a[j] ，改用 upper_bound

改用upper_bound的原因是 lower_bound 返回的是第一个大于等于 a[i]的地址，在允许子序列有重复元素时可能会造成相同元素覆盖，使求得长度变短

//最长不递减子序列
int LDNS(int a[],int n)
{
    int Cnt=0;
    int Array[n+1];
    Array[0]=a[0];
    for(int i=1;i<n;i++)
    {
        if(a[i]>=Array[Cnt])
            Array[++Cnt]=a[i];
        else
        {
            int Index=upper_bound(Array,Array+Cnt+1,a[i])-Array;
            Array[Index]=a[i];
        }
    }
    return Cnt+1;
}