Python中最长的递增序列
我们将学习什么是子序列,以及如何使用Python中的N平方法和二进制搜索法计算一个数组中最长的递增子序列。
在Python中使用N平方法计算最长的递增子序列
在Python社区中,有一个著名的问题是关于最长递增子序列的,在不同的面试中也会被问到。这是一个Leetcode
,问题说:给定一个未排序的整数数组,找出该数组的最长递增子序列或子集的长度。
一个子集就像一个数组的短数组;每个数组可以有多个子集。另一件事是子数组将是这个[10,9,2,5,3,7,101,18]
数组中的一些元素,但以连续的子序列方式。
它可以像[2, 3, 5, 7]
,但不能像[2,3,101]
,所以在讨论子数组时不需要打破顺序。而且,在子序列中,元素在数组中出现的顺序必须是相同的,但可以是任何一个个体。
例如,在这种情况下,我们可以看到,答案是[2, 3, 7,101]
;5
,但这是可以的,因为它是一个子序列。
如果我们看到从[10,9,2,5,3,7,101,18]
开始的最长的递增子序列,我们会发现[2, 5, 7, 101]
;这也可能意味着一个答案,但答案也可能是[2, 3, 7, 101]
,这也是我们的另一个子序列。[3, 7, 101]
也是一个子序列,但这不是最长的,所以我们不考虑它。
可能有不止一个组合;正如我们刚刚看到的,我们只需要返回长度。
通过这个例子,我们可以很容易地想到一个递归的解决方案,从零索引开始,沿着所有不同的路径进行。使用这个数组[0,3,1,6,2,2,7]
,我们可以采取,例如,用0
,我们可以转到3
,或者我们可以转到1
,或者转到6
。
然后,从这一点开始,递归地继续下去。看看下面的例子,哪条路径最长,会是指数级的;我们很容易想到必须要有一些动态编程的方法。
所以,我们有一个数组,每个索引至少有一个长度。
[0,3,1,6,2,2,7]
[1,1,1,1,1,1,1]
我们将从第一个索引开始,0
,其长度是1
,但有了3
,我们可以看后面,如果3
大于0
,那么3
有2
的长度。如果我们再以1
,我们将在当前索引之前的所有索引后面寻找。
从零索引中,我们可以看到1
大于0
,但1
不大于3
,所以在这一点上,我们要计算0
和1
,其长度将是2
。
[0,3,1,6,2,2,7]
[1,2,2,1,1,1,1]
在考虑6
,让我们从后面开始看,我们知道6
大于[0,1]
或[0,3]
,包括6
,其长度将是3
,然后也是2
的长度是3
,以此类推,这是一个平方的方法。
[0,3,1,6,2,2,7]
[1,2,2,3,3,...]
时间复杂度和空间复杂度
让我们跳入代码,创建我们的类,称为CalculateSubSequence
;在lengthOfLIS
函数里面,我们初始化我们的nums_list
变量为nums
的长度,这个数组将只有1次。
在嵌套循环里面,我们将检查该值是否大于我们要检查的数字。然后,让我们把我们的nums_list
的i
,我们将更新nums_list
的值,同时使用最大值 nums_list
.
i
在外循环的迭代之后,对于 nums_list
,j
是在内循环迭代后产生的,然后我们将其添加到1
中。最后,我们将返回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])
这里的时间复杂度将是n
的平方,而空间复杂度将是o
的n
。
4
上面的解决方案已经足够了,但是另一种方法,n log
,使用二进制搜索到我们的临时数组的左边,使用bisect_left
。
from bisect import bisect_left
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])
输出:
4