什么是最長遞增子序列呢?
問題描述如下:
?? 設(shè)L=<a1,a2,…,an>是n個(gè)不同的實(shí)數(shù)的序列，L的遞增子序列是這樣一個(gè)子序列Lin=<aK1,ak2,…,akm& gt;，其中k1<k2<…<km且aK1<ak2<…<akm。求最大的m值。
對(duì)于這個(gè)問題有以下幾種解決思路:
?? 1、把a(bǔ)1,a2,...,an排序，假設(shè)得到a'1,a'2,...,a'n，然后求a的a'的最長公共子串，這樣總的時(shí)間復(fù)雜度為o(nlg(n))+o(n^2)=o(n^2);
?? 2、動(dòng)態(tài)規(guī)劃的思路：
??? 另設(shè)一輔助數(shù)組b,定義b[n]表示以a[n]結(jié)尾的最長遞增子序列的長度，則狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程如下：b[k]=max(max(b[j]|a[j]<a[k],j<k)+1,1);
??? 這個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程解釋如下：在a[k]前面找到滿足a[j]<a[k]的最大b[j],然后把a(bǔ)[k]接在它的后面，可得到a[k]的最長遞增子序 列的長度，或者a[k]前面沒有比它小的a[j]，那么這時(shí)a[k]自成一序列，長度為1.最后整個(gè)數(shù)列的最長遞增子序列即為max(b[k]?? | 0<=k<=n-1);
??? 實(shí)現(xiàn)代碼如下：
????

#include <iostream>

using namespace std;

int main()

{

?????? int i,j,n,a[100],b[100],max;

?????? while(cin>>n)

?????? {

????????????? for(i=0;i<n;i++)

???????????????????? cin>>a[i];

????????????? b[0]=1;// 初始化，以a[0]結(jié)尾的最長遞增子序列長度為1

????????????? for(i=1;i<n;i++)

????????????? {

???????????????????? b[i]=1;//b[i] 最小值為1

???????????????????? for(j=0;j<i;j++)

??????????????????????????? if(a[i]>a[j]&&b[j]+1>b[i])

?????????????????????????????????? b[i]=b[j]+1;

????????????? }

????????????? for(max=i=0;i<n;i++)// 求出整個(gè)數(shù)列的最長遞增子序列的長度

???????????????????? if(b[i]>max)

??????????????????????????? max=b[i];

????????????? cout<<max<<endl;

?????? }

?????? return 0;

}

??? 顯然，這種方法的時(shí)間復(fù)雜度仍為o(n^2);
?? 3、對(duì)第二種思路的改進(jìn)：
??? 第二種思路在狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)的復(fù)雜度為o(n),即在找a[k]前面滿足a[j]<a[k]的最大b[j]時(shí)采用的是順序查找的方法，復(fù)雜度為o(n).
??? 設(shè)想如果能把順序查找改為折半查找，則狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)的復(fù)雜度為o(lg(n)),這個(gè)問題的總的復(fù)雜度就可以降到nlg(n).
??? 另定義一數(shù)組c,c中元素滿足c[b[k]]=a[k],解釋一下，即當(dāng)遞增子序列的長度為b[k]時(shí)子序列的末尾元素為c[b[k]]=a[k].
??? 先給出這種思路的代碼，然后再對(duì)其做出解釋。
????

#include <iostream>

using namespace std;

int find(int *a,int len,int n)//若返回值為x,則a[x]>=n>a[x-1]

{

?????? int left=0,right=len,mid=(left+right)/2;

?????? while(left<=right)

?????? {

????????????? if(n>a[mid]) left=mid+1;

????????????? else if(n<a[mid]) right=mid-1;

????????????? else return mid;

????????????? mid=(left+right)/2;

?????? }

?????? return left;

}

void fill(int *a,int n)

{

?????? for(int i=0;i<=n;i++)

????????????? a[i]=1000;

}

int main()

{

?????? int max,i,j,n,a[100],b[100],c[100];

?????? while(cin>>n)

?????? {

????????????? fill(c,n+1);

????????????? for(i=0;i<n;i++)

???????????????????? cin>>a[i];

????????????? c[0]=-1;//??? …………………………………………1

????????????? c[1]=a[0];//??????? ……………………………………2

????????????? b[0]=1;//???? …………………………………………3

????????????? for(i=1;i<n;i++)//??????? ………………………………4

????????????? {

???????????????????? j=find(c,n+1,a[i]);//?? ……………………5

???????????????????? c[j]=a[i];// ………………………………6

???????????????????? b[i]=j;//……………………………………7

????????????? }

????????????? for(max=i=0;i<n;i++)//………………………………8

???????????????????? if(b[i]>max)

??????????????????????????? max=b[i];

????????????? cout<<max<<endl;

?????? }

?????? return 0;

}

??? 對(duì)于這段程序，我們可以用算法導(dǎo)論上的loop invariants來幫助理解.
????loop invariant: 1、每次循環(huán)結(jié)束后c都是單調(diào)遞增的。(這一性質(zhì)決定了可以用二分查找）
?????????????????????????? 2、每次循環(huán)后，c[i]總是保存長度為i的遞增子序列的最末的元素，若長度為i的遞增子序

????????????????????????????????? 列有多個(gè)，剛保存末尾元素最小的那個(gè).（這一性質(zhì)決定是第3條性質(zhì)成立的前提）
?????????????????????????? 3、每次循環(huán)完后，b[i]總是保存以a[i]結(jié)尾的最長遞增子序列。
????initialization:??? 1、進(jìn)入循環(huán)之前，c[0]=-1,c[1]=a[0],c的其他元素均為1000,c是單調(diào)遞增的;
?????????????????????????? 2、進(jìn)入循環(huán)之前，c[1]=a[0],保存了長度為1時(shí)的遞增序列的最末的元素，且此時(shí)長度為1

???????????????????????????????? 的遞增了序列只有一個(gè)，c[1]也是最小的;
?????????????????????????? 3、進(jìn)入循環(huán)之前，b[0]=1，此時(shí)以a[0]結(jié)尾的最長遞增子序列的長度為1.
????maintenance:?? 1、若在第n次循環(huán)之前c是單調(diào)遞增的，則第n次循環(huán)時(shí)，c的值只在第6行發(fā)生變化，而由

??????????????????????????????? c進(jìn)入循環(huán)前單調(diào)遞增及find函數(shù)的性質(zhì)可知（見find的注釋),

???????????????????????????????? 此時(shí)c[j+1]>c[j]>=a[i]>c[j-1],所以把c[j]的值更新為a[i]后，c[j+1]>c[j]>c[j-1]的性質(zhì)仍然成

??????????????????????????????? 立，即c仍然是單調(diào)遞增的；
?????????????????????????? 2、循環(huán)中，c的值只在第6行發(fā)生變化，由c[j]>=a[i]可知，c[j]更新為a[i]后，c[j]的值只會(huì)變

????????????????????????????????? 小不會(huì)變大，因?yàn)檫M(jìn)入循環(huán)前c[j]的值是最小的，則循環(huán)中把c[j]更新為更小的a[i]，當(dāng)

???????????????????????????????? 然此時(shí)c[j]的值仍是最小的;
???????????????? ????????? 3、循環(huán)中，b[i]的值在第7行發(fā)生了變化，因?yàn)橛衛(wèi)oop invariant的性質(zhì)2，find函數(shù)返回值

??????????????????????????????? 為j有：c[j-1]<a[i]<=c[j],這說明c[j-1]是小于a[i]的，且以c[j-1]結(jié)尾的遞增子序列有最大的

?????????????????????????????? 長度，即為j-1,把a(bǔ)[i]接在c[j-1]后可得到以a[i]結(jié)尾的最長遞增子序列，長度為(j-1)+1=j;
????termination:?????? 循環(huán)完后，i=n-1,b[0],b[1],...,b[n-1]的值均已求出，即以a[0],a[1],...,a[n-1]結(jié)尾的最長遞

????????????????????????????? 增子序列的長度均已求出，再通過第8行的循環(huán)，即求出了整個(gè)數(shù)組的最長遞增子序列。

????????? 仔細(xì)分析上面的代碼可以發(fā)現(xiàn)，每次循環(huán)結(jié)束后，假設(shè)已經(jīng)求出c[1],c[2],c[3],...,c[len]的值，則此時(shí)最長遞增子序列的長度為len,因此可以把上面的代碼更加簡化，即可以不需要數(shù)組b來輔助存儲(chǔ)，第8行的循環(huán)也可以省略。
????

#include <iostream>

using namespace std;

int find(int *a,int len,int n)//修改后的二分查找，若返回值為x，則a[x]>=n

{

?????? int left=0,right=len,mid=(left+right)/2;

?????? while(left<=right)

?????? {

????????????? if(n>a[mid]) left=mid+1;

????????????? else if(n<a[mid]) right=mid-1;

????????????? else return mid;

????????????? mid=(left+right)/2;

?????? }

?????? return left;

}

int main()

{

?????? int n,a[100],c[100],i,j,len;// 新開一變量len,用來儲(chǔ)存每次循環(huán)結(jié)束后c中已經(jīng)求出值的元素的最大下標(biāo)

?????? while(cin>>n)

?????? {

????????????? for(i=0;i<n;i++)

???????????????????? cin>>a[i];

????????????? b[0]=1;

????????????? c[0]=-1;

????????????? c[1]=a[0];

????????????? len=1;// 此時(shí)只有c[1]求出來，最長遞增子序列的長度為1.

????????????? for(i=1;i<n;i++)

????????????? {

???????????????????? j=find(c,len,a[i]);

???????????????????? c[j]=a[i];

???????????????????? if(j>len)// 要更新len,另外補(bǔ)充一點(diǎn)：由二分查找可知j只可能比len大1

??????????????????????????? len=j;// 更新len

????????????? }

????????????? cout<<len<<endl;

?????? }

?????? return 0;

}

［zz］最長遞增子序列的求法　LIS