动态规划_最长上升子序列

Posted 2020-12-14 hot-machine

原型：最长上升子序列

分析

• 状态表示：所有以a[i]结尾的严格单调上升的子序列的Max长度
• 状态划分依据：以最后一个不同的点
• 状态方程：dp[i] = max(dp[i], dp[j] + 1), j必须要小于i

for(int i = 1; i <= n; i++) {
    dp[i] = 1;
    for(int j = 1; j < i; j++) {
        if(a[i] > a[j]) {
            dp[i] = max(dp[i], dp[j] + 1);
        }
    }
}
int res = 0;
for(int i = 1; i <= n; i++) res = max(res, dp[i]);
printf("%d ", res);

寻找路径

memset(tr, -1, sizeof tr);

for(int i = 1; i <= n; i++) {
    dp[i] = 1;
    for(int j = 1; j < i; j++) {
        if(a[i] > a[j]) {
            // 有更新
            if(dp[i] < dp[j] + 1) {
                dp[i] = dp[j] + 1;
                tr[i] = j;
            }
        }
    }
}

int ans = 0, sign = -1;
for(int i = 1; i <= n; i++) {
    if(ans < dp[i]) {
        ans = dp[i];
        sign = i;
    }
}
// 找到最终的以sign为结尾，长度为ans的序列
printf("%d %d
", ans, sign);
int i = sign;
while(~i) {
    cout << a[i] << " ";
    i = tr[i];
}

变形扩展

1017. 怪盗基德的滑翔翼

• 初始方向不确定,考虑从两个方向各找一遍(从左到右、从右到左)
• 最长下降子序列可转化成逆向的最长上升子序列

AcWing 1014. 登山

• 求严格上升到某一节点之后严格下降这一整段的序列的长度最大值
• 分别从左到右、从右到左求最长上升子序列长度，遍历每个节点，以此节点作为拐点，所形成的序列长度求最大值：res = max(res, f[i] + g[i] - 1)

AcWing 1012. 友好城市

• 以南边的城市为自变量，将其排序，与之对应的因变量即北边的城市坐标，应该满足跟随自变量的递增而单调递增，即抽象出最长上升子序列问题

#include <iostream>
#include <algorithm>

using namespace std;
const int N = 5100;
int dp[N];
struct city {
    int s, n;
}cities[N];

int main() {
    int n; scanf("%d", &n);
    for(int i = 1; i <= n; i++) scanf("%d%d", &cities[i].s, &cities[i].n);
    
    sort(cities, cities + n + 1, [&](city a, city b) { return a.n < b.n;});
    
    for(int i = 1; i <= n; i++) {
        dp[i] = 1;
        for(int j = 1; j < n; j++) {
            if(cities[j].n < cities[i].n) {
                dp[i] = max(dp[i], dp[j] + 1);
            }
        }
    }
    int res = 0;
    for(int i = 1; i <= n; i++) res = max(res, dp[i]);
    printf("%d", res);
    return 0;
}

1016. 最大上升子序列和

• 状态表示：以该元素为结尾的上升子序列的和

for(int i = 1; i <= n; i++) {
        dp[i] = a[i];
        for(int j = 1; j < i; j++) {
            if(dp[i] > dp[j]) {
                dp[i] = max(dp[i], dp[j] + a[i]);
            }
        }
    }

1010. 拦截导弹 : LIS + 贪心

• 第一问LIS问题
• 第二问：求覆盖所有节点的子序列的个数的最小值

贪心思路：

• 从前往后扫描每个数，对于每个数有以下两种情况
  1.现有的的所有子序列的结尾的数都小于当前这个数 -> 创建一个新的子序列
  2.将当前数放到结尾大于等于这个数的最小子序列后面(别耽误别人，尽量节约 haha)

贪心法求最长上升子序列：(O(n^2))超时

数据范围：需要(O(nlogn))

(1 leq N leq 100000)
(-10^9 leq 数列中的数 leq 10^9)

• 贪心策略：尽可能使得每个子序列中的结尾元素越小越好

• 具体措施：针对每个数，将这个数接到结尾元素最大的小于此元素的子序列后

/*
数组a存储所有数据
数组q[i]表示序列长度为i的子序列的最后一个数
*/ 
int len = 0;
for(int i = 0; i < n; i++) {
    // 找到满足小于a[i]的最大值
    int l = 0, r = len;
    while(l < r) {
        int mid = l + r + 1 >> 1;
        if(q[mid] < a[i]) l = mid;
        else r = mid - 1;
    }
    len = max(len, r + 1);
    q[r + 1] = a[i];
}
cout << len;

Dilworth定理

• Dilworth定理：对于一个偏序集，最少链划分等于最长反链长度。

• Dilworth定理的对偶定理：对于一个偏序集，其最少反链划分数等于其最长链的长度。

以上的铺垫用于解决拦截导弹问题：转化成求最长上升子序列长度

187. 导弹防御系统: LIS + 暴搜

最长公共子序列：原型

• 所有在第一个序列的前i个字母中出现，且在第二个序列的前j个字母中出现的子序列
• Max
• 以a[i], b[j]分别选与不选划分为四种状态

• dp[i - 1][j - 1]
• dp[i - 1][j]:不一定有b[j],因此包含前面的状态(在第一个序列的前i - 1个字母出现，且在第二个序列的前j - 1个字母中出现)，但状态表示的是子序列的长度最大值，因此状态存在重复，不会影响最终结果
• dp[i][j - 1]：与dp[i - 1][j]的情况类似
• dp[i - 1][j - 1] + 1：子序列中包含a[i], a[j]

for(int i = 1; i <= n; i++) {
    for(int j = 1; j <= m; j++) {
        dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]);
        if(a[i] == b[j]) dp[i][j] = max(dp[i][j], dp[i - 1][j - 1] + 1);
    }
}
cout << dp[n][m];

最长公共上升子序列

• 状态表示：所有第一个序列的前i个字母，和第二个序列的前j个字母构成的， 且以b[j]结尾的公共上升子序列的Max
• 状态计算
  1.所有不包含a[i]的公共上升子序列: dp[i - 1][j]
  2.所有包含a[i]的公共上升子序列

对于包含a[i]的公共上升子序列，将其根据倒数第二个字母是什么进行划分：

• b[1]:最大长度为1
• b[2]:最大长度为dp[i - 1][1] + 1
• ...
• b[j - 1]: dp[i - 1][j - 1] + 1

for (int i = 1; i <= n; i ++ ) {
    for (int j = 1; j <= n; j ++ ) {
        f[i][j] = f[i - 1][j];
        if (a[i] == b[j]) {
            int maxv = 1;
            for (int k = 1; k < j; k ++ )
                if (a[i] > b[k])
                    maxv = max(maxv, f[i - 1][k] + 1);
            f[i][j] = max(f[i][j], maxv);
        }
    }
}

从中发现，每次如果找到公共子序列之后，都要计算一下dp[i][1 ~ j - 1]

for (int i = 1; i <= n; i ++ ) {
    int maxv = 1;
    for (int j = 1; j <= n; j ++ ) {
        f[i][j] = f[i - 1][j];
        if (a[i] == b[j]) f[i][j] = max(f[i][j], maxv);
        if (a[i] > b[j]) maxv = max(maxv, f[i - 1][j] + 1);
    }
}

int res = 0;
for (int i = 1; i <= n; i ++ ) res = max(res, f[n][i]);
printf("%d
", res);