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前言
上一章讲到“买卖股票的最佳时机”系列问题,进行了总结和归纳,本章咱们来看看该如何使用动态规划去解决有关“子序列”这一系列问题!
一、最长递增子序列
题目描述:
题目来源:300. 最长递增子序列
1.1、dp定义
分析:
首先来看一下我们要定义的dp[i]表示的就是题目中所描述的最长子序列长度,进一步,那么这段最长子序列长度是哪一段的长度呢?是以nums[i]为结尾的长度!
dp定义:
dp[i]:以nums[i]为结尾的最长递增子序列的长度。
大多数人的疑惑:
可能很多同学,看到这道题没有思路,就会去看题解,但是看了题解,也没弄清楚dp数组的含义~
一定要注意dp定义中,以nums[i]为结尾的子序列,就是说这段序列中必须包含数字nums[i],并且,他一定是这段子序列的结尾!
1.2、递推公式
分析:
我们思考的方式因该是:从那些状态才能得出dp[i]?
具体的,如下图:
状态转移方程:
if(nums[j] < nums[i])
dp[i] = Math.max(dp[i], dp[j] + 1);
1.3、初始化
这里也需要考验你对dp定义的理解了~
dp[i]表示以nums[i]为结尾的最长递增子序列,既然是以xxx为结尾,那么说明长度至少为1!
因此,我们只需要给dp数组都初始化成1即可
1.4、注意
与以往我们做动态规划类的题目不同;
以前我们求出的dp[nums.length – 1]可能就是问题的解了;
但是此题不同的是,dp[nums.length – 1]代表的是以nums[nums.length – 1]为结尾的最长递增子序列,说明这个序列中一定包含nums[nums.length – 1]这个数字,那么,以这个数字为结尾的一定就是最长的递增子序列吗?
当然不是!
例如数组:{1,3,6,7,9,4,10,5,6},他的最长递增子序列是以6为结尾吗?当然不是,以6为结尾的递增子序列有{1,3,4,5,6},而已10为结尾的递增子序列有{1,3,6,7,9,10};
dp数组如下:
正好符合咱们的分析,因此我们需要结尾再加个循环遍历dp数组找出最大值,也可以在递推dp时加上一个 result = Math.max(dp[i], result) 找出dp数组中的最大值。
1.5、解题代码
class Solution {
public int lengthOfLIS(int[] nums) {
int[] dp = new int[nums.length];
//初始化
Arrays.fill(dp, 1);//以某一值为结尾,那么长度至少是1
int result = 1;//保存结果
//递推
for(int i = 1; i < nums.length; i++) {
for(int j = 0; j < i; j++) {
if(nums[j] < nums[i]) {//注意前是递增的序列才被比较添加
dp[i] = Math.max(dp[j] + 1, dp[i]);
}
}
result = Math.max(dp[i], result);
}
return dp[nums.length - 1];
}
}
二、最长连续递增序列
题目描述:
题目来源 :674. 最长连续递增序列
2.1、分析
本题与 “最长递增子序列” 唯一不同的就是连续,既然要求连续,就只需要对比nums[i]和nums[i – 1]即可,若nums[i] > nums[i – 1],则“以nums[i]为结尾的最长连续递增序列”就可以由以nums[i – 1]为结尾的最长连续递增序列 + 1”得到;
Ps:本题结合着“最长递增子序列”分析,会更加容易理解;
2.2、解题代码
class Solution {
public int findLengthOfLCIS(int[] nums) {
int[] dp = new int[nums.length];
Arrays.fill(dp, 1);
int result = 1;
for(int i = 1; i < nums.length; i++) {
if(nums[i - 1] < nums[i]) {
dp[i] = dp[i - 1] + 1;
}
if(dp[i] > result) {
result = dp[i];
}
}
return result;
}
}
三、最长重复子数组
题目描述:
题目来源:718. 最长重复子数组
3.1、dp定义
分析:
想要对比着两个数组去表示状态,那么我们可以用一个二维的数组去表示~
dp[i][j]为了对应最终的解,就表示最长重复子数组的长度了,那么可以如下这样定义;
dp定义:
dp[i][j]:以nums1的第i – 1个数字为结尾,以nums2的第i – 1个数字为结尾,最长重复子数组的长度。
为什么定义成以第i – 1个数字为结尾,而不是以第i个数字为结尾?
这样做是为了减少计算量,怎么就能减少计算量了?
如果我们这样去定义,那么dp[i][0]和dp[0][j]就是没有意义的,因为dp[i][0]表示“以nums1的第i – 1个数字为结尾,以nums2的第 -1 个数字为结尾”,数组下标是不可能为负数的,因此就是没有意义的,再对他初始化的时候,就可以直接初始化成零,因为对比着两个数组,只有两数组数字相同的时候才进行 + 1的操作(+1这里如果不理解,说明“最长递增子序列这道题”你还是没把握住,建议再回去看看那道题)
但是如果我们定义成以i为结尾,初始化的时候nums[i][0]和nums[0][j]该怎么初始化?dp[i][0]就是“nums1以nums1[i]为结尾,nums2以nums2[0]为结尾的最长子数组”,那么我们就需要揪住nums2[0]这个元素去遍历nums1这个数组,去统计相同的元素,同理,nums[0][j]也是如此!
建议:像这类的问题都建议定义成“以i – 1为结尾”,减少不必要的计算!
3.2、递推公式
分析:
dp[i][j]可以由哪些状态得来呢?
当 nums1[i – 1] == nums[j – 1] 时(为什么是 i – 1 前面已经讲过了),是可以由 dp[i – 1][j – 1] + 1 得到dp[i][j],这时候你可能要问,“为什么不是 dp[i – 1][j] + 1 或者 dp[i][j – 1] + 1 得来的呢?”
原因如下图:
更深入的理解如下:
因为每一次比较都是一对字符进行比较,那么 +1 操作就表示这一对字符相同,所以才 +1 ,而要得到dp[i][j]这个状态,就需要i和j都向前跨越一个字符,站在这个视角,再比较i,j这对字符,若这对字符相同,就+1得到dp[i][j]。
递推公式:
if(nums1[i – 1] == nums2[j – 1])
dp[i][j] = dp[i – 1][j – 1] + 1;
3.3、初始化
全都是化成即可,dp[i][0]和dp[j][0]为什么初始化成0,dp定义中讲过了,其余的为什么初始化成0,是因为在递推公式的递推下,初始化的内容都会被覆盖,也就是说,其余的初始化成多少都可以;
3.4、解题代码
class Solution {
public int findLength(int[] nums1, int[] nums2) {
int[][] dp = new int[nums1.length + 1][nums2.length + 1];
int result = 0;
for(int i = 1; i <= nums1.length; i++) {
for(int j = 1; j <= nums2.length; j++) {
if(nums1[i - 1] == nums2[j - 1]) {
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] + 1;
}
if(result < dp[i][j]) {
result = dp[i][j];
}
}
}
return result;
}
}
四、最长公共子序列
题目描述:
题目来源:1143. 最长公共子序列
4.1、分析
这道题和 “最长重复子数组” 很相似,不同的是子数组是连续的,而子序列可以是不连续的;
那么他们除了转移方程是不一样的,其他的处理都是一样的;
转移方程分析:
当 text1[i] == text2[j] 时,我们可以由上一个状态dp[i – 1][j – 1] + 1推出来,也就是由“以text1第 i – 2 个字符和以text2第就 j – 2 个字符的最长公共子序列加一”即可得到dp[i][j];
为什么是i – 1, j – 1呢?
因为每一次比较都是一对字符进行比较,那么 +1 操作就表示这一对字符相同,所以才 +1 ,而要得到dp[i][j]这个状态,就需要i和j都向前跨越一个字符,站在这个视角,再比较i,j这对字符,若这对字符相同,就+1得到dp[i][j]。
当 text1[i] != text2[j] 时呢?dp[i][j]就等于 max(dp[i – 1][j], dp[i][j – 1]),原因如下图:
转移方程:
if(text1.charAt(i – 1) == text2.charAt(j – 1))
dp[i][j] = dp[i – 1][j – 1] + 1;
else
dp[i][j] = Math.max(dp[i – 1][j], dp[i][j – 1]);
4.2、初始化及遍历顺序
初始化与“最长重复子数组”一样,忘记了可以在往回翻翻看~
由递推公式所需要的状态可以得出下图:
由上图可知,dp[i, j]可以由这几个位置得出,那么遍历顺序一定是从上到下,从左到右遍历的;
4.3、解题代码
class Solution {
public int longestCommonSubsequence(String text1, String text2) {
int len1 = text1.length();
int len2 = text2.length();
int[][] dp = new int[len1 + 1][len2 + 1];
int result = 0;
for(int i = 1; i <= len1; i++) {
for(int j = 1; j <= len2; j++) {
if(text1.charAt(i - 1) == text2.charAt(j - 1)) {
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] + 1;
} else {
dp[i][j] = Math.max(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]);
}
if(dp[i][j] > result) {
result = dp[i][j];
}
}
}
return result;
}
}
五、不相交的线
题目描述:
题目来源:1035. 不相交的线
5.1、分析
如果你刚刷完上一题“最长公共子序列”,再去深入思考一下这道题,“线不能相交”也就表明序列是有序的,实际上就是在求公共子序列,几乎是一模一样,只是套了一个壳子~
如果有不理解的地方,建议再多去理解一下上面的求“最长公共子序列”问题!
5.2、解题代码
class Solution {
public int maxUncrossedLines(int[] nums1, int[] nums2) {
int len1 = nums1.length;
int len2 = nums2.length;
int[][] dp = new int[len1 + 1][len2 + 1];
int result = 0;
for(int i = 1; i <= len1; i++) {
for(int j = 1; j <= len2; j++) {
if(nums1[i - 1] == nums2[j - 1]) {
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] + 1;
} else {
dp[i][j] = Math.max(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]);
}
if(dp[i][j] > result) {
result = dp[i][j];
}
}
}
return result;
}
}
六、最大子数组和
题目描述:
题目来源:53. 最大子数组和
6.1、dp定义
dp[i]表示以nums[i]为结尾的,最长连续子数组的和;(不理解的可以看看前面讲到的题,分析过很多遍了)
6.2、递推公式
分析:
如何才能得到dp[i]呢?其实就是两种状态,一种是延续之前的状态(之前累加过的数字),加上当前数字,也就是dp[i – 1] + nums[i];还有一种就是重新进行累加,以当前数字的位置为起始位置,也就是nums[i],我们只需要得出最大的数字即可,也就是看是否需要延续之前累加好的和,再加上当前数字;
递推公式:
dp[i] = Math.max(dp[i – 1] + nums[i], nums[i]);
6.3、初始化
分析:
从递推公式中可以看出,要得到dp[i],需要知道dp[i – 1],那么一直推到根源就是需要知道dp[0],其他的值都可以根据dp[0]可以推导出来;
dp[0]表示以nums[0]为结尾的,最大子数组和,也就是nums[0];
初始化:
dp[0] = nums[0];
6.4、遍历顺序
有递推公式可以知道,要得到dp[i],需要知道dp[i – 1],也就是一个顺序遍历即可;另外,dp[nums.length – 1]并不是真正的结果,具体请看“最长递增子序列”这道题中的1.4注意;
6.5、解题代码
class Solution {
//最大子数组和(动态规划)
public int maxSubArray(int[] nums) {
int len = nums.length;
int[] dp = new int[len];
dp[0] = nums[0];
int result = nums[0];
for(int i = 1; i < len; i++) {
dp[i] = Math.max(dp[i - 1] + nums[i], nums[i]);
if(result < dp[i]) {
result = dp[i];
}
}
return result;
}
}
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