Python中最長的遞增序列

来源:https://www.cnblogs.com/xxpythonxx/archive/2023/09/20/17717656.html
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如何使用Python中的N平方法和二進位搜索法計算一個數組中最長的遞增子序列。

使用N平方法計算最長的遞增子序列

在Python社區中,有一個著名的問題是關於最長遞增子序列的,在不同的面試中也會被問到。這是一個Leetcode ,問題說:給定一個未排序的整數數組,找出該數組的最長遞增子序列或子集的長度。

一個子集就像一個數組的短數組;每個數組可以有多個子集。另一件事是子數組將是這個[10,9,2,5,3,7,101,18] 數組中的一些元素,但以連續的子序列方式。

它可以像[2, 3, 5, 7] ,但不能像[2,3,101] ,所以在討論子數組時不需要打破順序。而且,在子序列中,元素在數組中出現的順序必須是相同的,但可以是任何一個個體。

例如,在這種情況下,我們可以看到,答案是[2, 3, 7,101] ;5 ,但這是可以的,因為它是一個子序列。

如果我們看到從[10,9,2,5,3,7,101,18] 開始的最長的遞增子序列,我們會發現[2, 5, 7, 101] ;這也可能意味著一個答案,但答案也可能是[2, 3, 7, 101] ,這也是我們的另一個子序列。[3, 7, 101] 也是一個子序列,但這不是最長的,所以我們不考慮它。

可能有不止一個組合;正如我們剛剛看到的,我們只需要返回長度。

通過這個例子,我們可以很容易地想到一個遞歸的解決方案,從零索引開始,沿著所有不同的路徑進行。使用這個數組[0,3,1,6,2,2,7] ,我們可以採取,例如,用0 ,我們可以轉到3 ,或者我們可以轉到1 ,或者轉到6 。

然後,從這一點開始,遞歸地繼續下去。看看下麵的例子,哪條路徑最長,會是指數級的;我們很容易想到必須要有一些動態編程的方法。

所以,我們有一個數組,每個索引至少有一個長度。

[0,3,1,6,2,2,7]
[1,1,1,1,1,1,1]

我們將從第一個索引開始,0 ,其長度是1 ,但有了3 ,我們可以看後面,如果3 大於0 ,那麼3 有2 的長度。如果我們再以1 ,我們將在當前索引之前的所有索引後面尋找。

從零索引中,我們可以看到1 大於0 ,但1 不大於3 ,所以在這一點上,我們要計算0 和1 ,其長度將是2 。

[0,3,1,6,2,2,7]
[1,2,2,1,1,1,1]

在考慮6 ,讓我們從後面開始看,我們知道6 大於[0,1] 或[0,3] ,包括6 ,其長度將是3 ,然後也是2 的長度是3 ,以此類推,這是一個平方的方法。

[0,3,1,6,2,2,7]
[1,2,2,3,3,...]

時間複雜度和空間複雜度

讓我們跳入代碼,創建我們的類,稱為CalculateSubSequence ;在lengthOfLIS 函數裡面,我們初始化我們的nums_list 變數為nums 的長度,這個數組將只有1次。

在嵌套迴圈裡面,我們將檢查該值是否大於我們要檢查的數字。然後,讓我們把我們的nums_list 的i ,我們將更新nums_list 的值,同時使用最大值 nums_list[i].

i 在外迴圈的迭代之後,對於 nums_list[j],j 是在內迴圈迭代後產生的,然後我們將其添加到1 中。最後,我們將返回nums_list 的最大值。

class CalculateSubSequence:
    def lengthOfLIS(self, nums: list[int]) -> int:
        nums_list = [1] * len(nums)
        for i in range(len(nums)-1, -1, -1):
            for j in range(i+1, len(nums)):
                if nums[i] < nums[j]:
                    nums_list[i] = max(nums_list[i], nums_list[j] + 1)
        return max(nums_list)
sbs = CalculateSubSequence()
sbs.lengthOfLIS([0,3,1,6,2,2,7])

這裡的時間複雜度將是n 的平方,而空間複雜度將是o 的n 。

4

上面的解決方案已經足夠了,但是另一種方法,n log ,使用二進位搜索到我們的臨時數組的左邊,使用bisect_left 。

from bisect import bisect_left
#Python小白學習交流群:153708845
class CalculateSubSequence:
    def lengthOfLIS(self, nums: list[int]) -> int:
        n= len(nums)
        tmp=[nums[0]]
        for n in nums:
            x = bisect_left(tmp,n)
            if x ==len(tmp):
                tmp.append(n)
            elif tmp[x]>n:
                tmp[x]=n
        return len(tmp)
sbs = CalculateSubSequence()
sbs.lengthOfLIS([0,3,1,6,2,2,7])

輸出:

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