最长公共上升子序列(LCIS)的O(n^2)算法
预备知识:动态规划的基本思想,LCS,LIS。
问题:字符串a,字符串b,求a和b的LCIS(最长公共上升子序列)。
首先我们可以看到,这个问题具有相当多的重叠子问题。于是我们想到用DP搞。DP的首要任务是什么?定义状态。
1定义状态F[i][j]表示以a串的前i个字符b串的前j个字符且以b[j]为结尾构成的LCIS的长度。
为什么是这个而不是其他的状态定义?最重要的原因是我只会这个,还有一个原因是我知道这个定义能搞到平方的算法。而我这只会这个的原因是,这个状态定义实在是太好用了。这一点我后面再说。
我们来考察一下这个这个状态。思考这个状态能转移到哪些状态似乎有些棘手,如果把思路逆转一下,考察这个状态的最优值依赖于哪些状态,就容易许多了。这个状态依赖于哪些状态呢?
首先,在a[i]!=b[j]的时候有F[i][j]=F[i-1][j]。为什么呢?因为F[i][j]是以b[j]为结尾的LCIS,如果F[i][j]>0那么就说明a[1]..a[i]中必然有一个字符a[k]等于b[j](如果F[i][j]等于0呢?那赋值与否都没有什么影响了)。因为a[k]!=a[i],那么a[i]对F[i][j]没有贡献,于是我们不考虑它照样能得出F[i][j]的最优值。所以在a[i]!=b[j]的情况下必然有F[i][j]=F[i-1][j]。这一点参考LCS的处理方法。
那如果a[i]==b[j]呢?首先,这个等于起码保证了长度为1的LCIS。然后我们还需要去找一个最长的且能让b[j]接在其末尾的LCIS。之前最长的LCIS在哪呢?首先我们要去找的F数组的第一维必然是i-1。因为i已经拿去和b[j]配对去了,不能用了。并且也不能是i-2,因为i-1必然比i-2更优。第二维呢?那就需要枚举b[1]..b[j-1]了,因为你不知道这里面哪个最长且哪个小于b[j]。这里还有一个问题,可不可能不配对呢?也就是在a[i]==b[j]的情况下,需不需要考虑F[i][j]=F[i-1][j]的决策呢?答案是不需要。因为如果b[j]不和a[i]配对,那就是和之前的a[1]..a[j-1]配对(假设F[i-1][j]>0,等于0不考虑),这样必然没有和a[i]配对优越。(为什么必然呢?因为b[j]和a[i]配对之后的转移是max(F[i-1][k])+1,而和之前的i`配对则是max(F[i`-1][k])+1。显然有F[i][j]>F[i`][j],i`>i) 于是我们得出了状态转移方程:
a[i]!=b[j]: F[i][j]=F[i-1][j]
a[i]==b[j]: F[i][j]=max(F[i-1][k])+1 1<=k<=j-1&&b[j]>b[k]
不难看到,这是一个时间复杂度为O(n^3)的DP,离平方还有一段距离。
但是,这个算法最关键的是,如果按照一个合理的递推顺序,max(F[i-1][k])的值我们可以在之前访问F[i][k]的时候通过维护更新一个max变量得到。怎么得到呢?首先递推的顺序必须是状态的第一维在外层循环,第二维在内层循环。也就是算好了F[1][len(b)]再去算F[2][1]。 如果按照这个递推顺序我们可以在每次外层循环的开始加上令一个max变量为0,然后开始内层循环。当a[i]>b[j]的时候令max=F[i-1][j]。如果循环到了a[i]==b[j]的时候,则令F[i][j]=max+1。
最后答案是F[len(a)][1]..F[len(a)][len(b)]的最大值

1 #include<iostream> 2 #include<stdio.h> 3 #include<string.h> 4 #include<algorithm> 5 using namespace std; 6 7 int a[1005],b[1005]; 8 int ss[1005]; 9 int dp[1005][1005]; 10 int LCIS(int n,int m) 11 { 12 int k; 13 int sum=0; 14 for(int i=1;i<=n;i++) 15 { 16 k=0; 17 for(int j=1;j<=m;j++) 18 { 19 dp[i][j]=dp[i-1][j]; 20 if(a[i]==b[j]) 21 //ss[j]=k+1; 22 dp[i][j]=k+1; 23 else if(a[i]>b[j]) 24 { 25 //if(k<ss[j]) 26 // k=ss[j]; 27 if(k<dp[i-1][j]) 28 k=dp[i-1][j]; 29 } 30 } 31 } 32 for(int i=1;i<=m;i++) 33 //sum=max(sum,ss[i]); 34 if(sum<dp[n][i]) 35 sum=dp[n][i]; 36 37 return sum; 38 } 39 int main() 40 { 41 int t,n,m,ans; 42 scanf("%d",&t); 43 while(t--) 44 { 45 memset(ss,0,sizeof(ss)); 46 scanf("%d",&n); 47 for(int i=1;i<=n;i++) 48 scanf("%d",&a[i]); 49 scanf("%d",&m); 50 for(int i=1;i<=m;i++) 51 scanf("%d",&b[i]); 52 ans=LCIS(n,m); 53 printf("%d ",ans); 54 if(t) 55 printf(" "); 56 } 57 58 }