LCS时间复杂度O(NlogN)

    技术2022-05-18  17

    整理了下:

    LCS(Longest Common Subsequences)最长公共子序列用一般的动态规划时间复杂度O(N^2), 但经过优化可以达到O(NlogN),下面是转载集训队某人的最长递增子序列解题报告。

     

      先回顾经典的O(n^2)的动态规划算法,设A[i]表示序列中的第i个数,F[i]表示从1i这一段中以i结尾的最长上升子序列的长度,初始时设F[i] = 0(i = 1, 2, ..., len(A))。则有动态规划方程:F[i] = max{F[i], F[j] + 1} (j = 1, 2, ..., i - 1, A[j] < A[i])

     

      现在,我们仔细考虑计算F[i]时的情况。假设有两个元素A[x]A[y],满足

     

       (1)x < y < i

     

          (2)A[x] < A[y] < A[i]

     

          (3)F[x] = F[y]

     

      此时,选择F[x]和选择F[y]都可以得到同样的F[i]值,那么,在最长上升子序列的这个位置中,应该选择A[x]还是应该选择A[y]呢?

     

      很明显,选择A[x]比选择A[y]要好。因为由于条件(2),在A[x+1] ... A[i-1]这一段中,如果存在A[z]A[x] < A[z] < a[y],则与选择A[y]相比,将会得到更长的上升子序列。

     

      再根据条件(3),我们会得到一个启示:根据F[]的值进行分类。对于F[]的每一个取值k,我们只需要保留满足F[i] = k的所有A[i]中的最小值。设D[k]记录这个值,即D[k] = min{A[i]} (F[i] = k)PSk长上升子序列最小的值,以便获得更长的上升子序列

     

      注意到D[]的两个特点:

     

      (1) D[k]的值是在整个计算过程中是单调不上升的。

      (2) D[]的值是有序的,即D[1] < D[2] < D[3] < ... < D[n]

     

      利用D[],我们可以得到另外一种计算最长上升子序列长度的方法。设当前已经求出的最长上升子序列长度为len。先判断A[i]D [len]。若A[i] > D[len],则将A[i]接在D[len]后将得到一个更长的上升子序列,len = len + 1 D[len] = A[i];否则,在D[1]..D[len]中,找到最大的j,满足D[j] < A[i]。令k = j + 1,则有D[j] < A[i] <= D[k],将A[i]接在D[j]后将得到一个更长的上升子序列,同时更新D[k] = A[i]。最后,len即为所要求的最长上升子序列的长度。

     

      在上述算法中,若使用朴素的顺序查找在D[1]..D[len]查找,由于共有O(n)个元素需要计算,每次计算时的复杂度是O(n),则整个算法的时间复杂度为O(n^2),与原来的算法相比没有任何进步。但是由于D[]的特点(2),我们在D[]中查找时,可以使用二分查找高效地完成,则整个算法的时间复杂度下降为O(nlogn),有了非常显著的提高。需要注意的是,D[]在算法结束后记录的并不是一个符合题意的最长上升子序列!

     

      这个算法还可以扩展到整个最长子序列系列问题,整个算法的难点在于二分查找的设计,需要非常小心注意。

    PS:搞的时候可以初始化D[]数组值为0.

    /*读者的code*/

    #include <iostream>

    using namespace std;

    /*

    功能:

           求最长子序列 nlogn  算法 

            

          a[] 表示输入序列  n 序列长度  序列下标1开始 flag:LIS_UP 严格上升  LIS_NOTDOWN 非下降       

          call: printf("%d/n",LIS_UP(a,n,LIS_UP)); 严格上升

          call;printf("%d/n",LIS_UP(a,n,LIS_NOTDOWN));非下降

    */

    typedef int ElementType;

    #define LIS_UP 0   //严格上升

    #define LIS_NOTDOWN 1 //非下降

        int LIS(ElementType *a,int n,int flag)

        {

            int i;

            ElementType *d = new ElementType[n+1];

            for (i=0;i<=n;i++)d[i]=0;

            int len=1;

            d[1]=a[1];

            for (i=2;i<=n;i++)

            {

                int l=0,h=len;

                         if(flag==LIS_NOTDOWN)

                         {

                                if (d[len]<=a[i])

                       {

                           d[++len]=a[i];

                           continue;

                       }

                         }

                while (l<=h)

                {

                    int mid=(l+h)/2;

                    if (d[mid]<a[i])

                    {

                        l=mid+1;

                    }

                    else if(d[mid]>a[i])

                    {

                        h=mid-1;

                    }

                    else

                    {

                                       l=mid;break;

                                }

                }

                d[l]=a[i];

                if (l>len)len++;

            }

            delete[] d;

            return len;

        }

     

     

      最长公共子序列向最长递增子序列退化:

     

      设有序列AB。记序列A中各个元素在B中的位子(降序排列),然后按在A中的位置依次列出然后求A的最长递增子序列。

    PS

    A串位置              1 2 3 4

                        A: 4 3 5 2

                        B: 2 5 4 3

    B串位置:          1 2 3 4

    A串在B位置  3 4 2 1  因为B串已经顺序了,只要求出这行的最长递增子序列 就是最长公共子序列的长度了。

      例如:有A={a,b,a,c,x}B={b,a,a,b,c,a}则有a={6,3,2},b={4,1},c={5};x=/;(注意降序排列)

     

    然后按A中次序排出{a(6,3,2),b(4,1),a(6,3,2),c(5),x()}={6,3,2,4,1,6,3,2,5};对此序列求最长递增子序列即可

     

    推荐题目:

    POJ 2553

    http://codeforces.com/contest/67/problem/D

    poj 1836

     


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