logo

Længste stigende sekvens (LIS)

Givet et array arr[] af størrelse N , er opgaven at finde længden af ​​den længste stigende delsekvens (LIS), dvs. den længst mulige delsekvens, hvor elementerne i delsekvensen er sorteret i stigende rækkefølge.

LIS

Længst stigende efterfølger



Eksempler:

Input: arr[] = {3, 10, 2, 1, 20}
Produktion: 3
Forklaring: Den længste stigende sekvens er 3, 10, 20

Input: arr[] = {50, 3, 10, 7, 40, 80}
Produktion: 4
Forklaring: Den længste stigende sekvens er {3, 7, 40, 80}



hvad er modulo i c++

Input: arr[] = {30, 20, 10}
Produktion: 1
Forklaring: De længst stigende undersekvenser er {30}, {20} og (10)

Input: arr[] = {10, 20, 35, 80}
Produktion: 4
Forklaring: Hele arrayet er sorteret

Længste stigende sekvens ved hjælp af Rekursion :

Ideen om at krydse input-arrayet fra venstre mod højre og finde længden af ​​den længste stigende subsequence (LIS), der slutter med hvert element arr[i]. Lad længden fundet for arr[i] være L[i]. Til sidst returnerer vi maksimum af alle L[i] værdier. Nu opstår spørgsmålet, hvordan beregner vi L[i]? Til dette bruger vi rekursion, vi betragter alle mindre elementer til venstre for arr[i], beregner rekursivt LIS-værdien for alle de mindre elementer til venstre, tager maksimum af alle og lægger 1 til det. Hvis der ikke er et mindre element til venstre for et element, returnerer vi 1.



Lade L(i) være længden af ​​LIS, der slutter på indeks jeg sådan at arr[i] er det sidste element i LIS. Derefter kan L(i) skrives rekursivt som:

  • L(i) = 1 + max(L(j) ) hvor 0
  • L(i) = 1, hvis et sådant j ikke eksisterer.

Formelt er længden af ​​LIS ender på indeks jeg , er 1 større end maksimum af længder af alle LIS, der slutter på et eller andet indeks j sådan at arr[j] hvor j .

Vi kan se, at ovenstående gentagelsesforhold følger optimal underbygning ejendom.

Illustration:

forårets rammer

Følg nedenstående illustration for en bedre forståelse:

Overvej arr[] = {3, 10, 2, 11}

L(i): Angiver LIS af underarray, der slutter ved position 'i'

Rekursionstræ

Rekursionstræ

Følg nedenstående trin for at implementere ovenstående idé:

  • Opret en rekursiv funktion.
  • For hvert rekursivt opkald, gentag fra i = 1 til den aktuelle position og gør følgende:
    • Find den mulige længde af den længst stigende undersekvens, der slutter på den aktuelle position, hvis den forrige sekvens sluttede kl jeg .
    • Opdater den maksimalt mulige længde i overensstemmelse hermed.
  • Gentag dette for alle indekser og find svaret

Nedenfor er implementeringen af ​​den rekursive tilgang:

C++
// A Naive C++ recursive implementation // of LIS problem #include  using namespace std; // To make use of recursive calls, this // function must return two things: // 1) Length of LIS ending with element // arr[n-1]. // We use max_ending_here for this purpose // 2) Overall maximum as the LIS may end // with an element before arr[n-1] max_ref // is used this purpose. // The value of LIS of full array of size // n is stored in *max_ref which is // our final result int _lis(int arr[], int n, int* max_ref) {  // Base case  if (n == 1)  return 1;  // 'max_ending_here' is length of  // LIS ending with arr[n-1]  int res, max_ending_here = 1;  // Recursively get all LIS ending with  // arr[0], arr[1] ... arr[n-2]. If  // arr[i-1] is smaller than arr[n-1],  // and max ending with arr[n-1] needs  // to be updated, then update it  for (int i = 1; i < n; i++) {  res = _lis(arr, i, max_ref);  if (arr[i - 1] < arr[n - 1]  && res + 1>max_ending_here) max_ending_here = res + 1;  } // Sammenlign max_ending_here med // overordnede max. Og opdater // overall max, hvis det er nødvendigt, hvis (*max_ref< max_ending_here)  *max_ref = max_ending_here;  // Return length of LIS ending  // with arr[n-1]  return max_ending_here; } // The wrapper function for _lis() int lis(int arr[], int n) {  // The max variable holds the result  int max = 1;  // The function _lis() stores its  // result in max  _lis(arr, n, &max);  // Returns max  return max; } // Driver program to test above function int main() {  int arr[] = { 10, 22, 9, 33, 21, 50, 41, 60 };  int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);  // Function call  cout << 'Length of lis is ' << lis(arr, n);  return 0; }>
C
// A Naive C recursive implementation // of LIS problem #include  #include  // To make use of recursive calls, this // function must return two things: // 1) Length of LIS ending with element arr[n-1]. // We use max_ending_here for this purpose // 2) Overall maximum as the LIS may end with // an element before arr[n-1] max_ref is // used this purpose. // The value of LIS of full array of size n // is stored in *max_ref which is our final result int _lis(int arr[], int n, int* max_ref) {  // Base case  if (n == 1)  return 1;  // 'max_ending_here' is length of LIS  // ending with arr[n-1]  int res, max_ending_here = 1;  // Recursively get all LIS ending with arr[0],  // arr[1] ... arr[n-2]. If arr[i-1] is smaller  // than arr[n-1], and max ending with arr[n-1]  // needs to be updated, then update it  for (int i = 1; i < n; i++) {  res = _lis(arr, i, max_ref);  if (arr[i - 1] < arr[n - 1]  && res + 1>max_ending_here) max_ending_here = res + 1;  } // Sammenlign max_ending_here med den samlede // max. Og opdater det samlede max, hvis det er nødvendigt, hvis (*max_ref< max_ending_here)  *max_ref = max_ending_here;  // Return length of LIS ending with arr[n-1]  return max_ending_here; } // The wrapper function for _lis() int lis(int arr[], int n) {  // The max variable holds the result  int max = 1;  // The function _lis() stores its result in max  _lis(arr, n, &max);  // returns max  return max; } // Driver program to test above function int main() {  int arr[] = { 10, 22, 9, 33, 21, 50, 41, 60 };  int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);  // Function call  printf('Length of lis is %d', lis(arr, n));  return 0; }>
Java
// A Naive Java Program for LIS Implementation import java.io.*; import java.util.*; class LIS {  // Stores the LIS  static int max_ref;  // To make use of recursive calls, this function must  // return two things: 1) Length of LIS ending with  // element arr[n-1]. We use max_ending_here for this  // purpose 2) Overall maximum as the LIS may end with an  // element before arr[n-1] max_ref is used this purpose.  // The value of LIS of full array of size n is stored in  // *max_ref which is our final result  static int _lis(int arr[], int n)  {  // Base case  if (n == 1)  return 1;  // 'max_ending_here' is length of LIS ending with  // arr[n-1]  int res, max_ending_here = 1;  // Recursively get all LIS ending with arr[0],  // arr[1] ... arr[n-2]. If arr[i-1] is smaller  // than arr[n-1], and max ending with arr[n-1] needs  // to be updated, then update it  for (int i = 1; i < n; i++) {  res = _lis(arr, i);  if (arr[i - 1] < arr[n - 1]  && res + 1>max_ending_here) max_ending_here = res + 1;  } // Sammenlign max_ending_here med det samlede max. Og // opdater det samlede max, hvis det er nødvendigt, hvis (max_ref< max_ending_here)  max_ref = max_ending_here;  // Return length of LIS ending with arr[n-1]  return max_ending_here;  }  // The wrapper function for _lis()  static int lis(int arr[], int n)  {  // The max variable holds the result  max_ref = 1;  // The function _lis() stores its result in max  _lis(arr, n);  // Returns max  return max_ref;  }  // Driver program to test above functions  public static void main(String args[])  {  int arr[] = { 10, 22, 9, 33, 21, 50, 41, 60 };  int n = arr.length;  // Function call  System.out.println('Length of lis is '  + lis(arr, n));  } } // This code is contributed by Rajat Mishra>
Python
# A naive Python implementation of LIS problem # Global variable to store the maximum global maximum # To make use of recursive calls, this function must return # two things: # 1) Length of LIS ending with element arr[n-1]. We use # max_ending_here for this purpose # 2) Overall maximum as the LIS may end with an element # before arr[n-1] max_ref is used this purpose. # The value of LIS of full array of size n is stored in # *max_ref which is our final result def _lis(arr, n): # To allow the access of global variable global maximum # Base Case if n == 1: return 1 # maxEndingHere is the length of LIS ending with arr[n-1] maxEndingHere = 1 # Recursively get all LIS ending with # arr[0], arr[1]..arr[n-2] # If arr[i-1] is smaller than arr[n-1], and # max ending with arr[n-1] needs to be updated, # then update it for i in range(1, n): res = _lis(arr, i) if arr[i-1] < arr[n-1] and res+1>maxEndingHere: maxEndingHere = res + 1 # Sammenlign maxEndingHere med samlet maksimum. Og # opdater det overordnede maksimum om nødvendigt maksimum = max(maksimum, maxEndingHere) returner maxEndingHere def lis(arr): # For at tillade adgang til global variabel global maksimum # Længde af arr n = len(arr) # Maksimal variabel holder resultatet maksimum = 1 # Funktionen _lis() gemmer sit resultat i maksimum _lis(arr, n) returner maksimum # Driverprogram for at teste ovenstående funktion, hvis __name__ == '__main__': arr = [10, 22, 9, 33 , 21, 50, 41, 60] n = len(arr) # Funktionskald print('Længde af lis er', lis(arr)) # Denne kode er bidraget af NIKHIL KUMAR SINGH>
C#
using System; // A Naive C# Program for LIS Implementation class LIS {  // Stores the LIS  static int max_ref;  // To make use of recursive calls, this function must  // return two things: 1) Length of LIS ending with  // element arr[n-1]. We use max_ending_here for this  // purpose 2) Overall maximum as the LIS may end with an  // element before arr[n-1] max_ref is used this purpose.  // The value of LIS of full array of size n is stored in  // *max_ref which is our final result  static int _lis(int[] arr, int n)  {  // Base case  if (n == 1)  return 1;  // 'max_ending_here' is length of LIS ending with  // arr[n-1]  int res, max_ending_here = 1;  // Recursively get all LIS ending with arr[0],  // arr[1] ... arr[n-2]. If arr[i-1] is smaller  // than arr[n-1], and max ending with arr[n-1] needs  // to be updated, then update it  for (int i = 1; i < n; i++) {  res = _lis(arr, i);  if (arr[i - 1] < arr[n - 1]  && res + 1>max_ending_here) max_ending_here = res + 1;  } // Sammenlign max_ending_here med det overordnede max // og opdater det samlede max, hvis det er nødvendigt, hvis (max_ref< max_ending_here)  max_ref = max_ending_here;  // Return length of LIS ending with arr[n-1]  return max_ending_here;  }  // The wrapper function for _lis()  static int lis(int[] arr, int n)  {  // The max variable holds the result  max_ref = 1;  // The function _lis() stores its result in max  _lis(arr, n);  // Returns max  return max_ref;  }  // Driver program to test above functions  public static void Main()  {  int[] arr = { 10, 22, 9, 33, 21, 50, 41, 60 };  int n = arr.Length;  // Function call  Console.Write('Length of lis is ' + lis(arr, n)  + '
');  } }>
Javascript
>

Produktion
Length of lis is 5>

Tidskompleksitet: O(2n) Tidskompleksiteten af ​​denne rekursive tilgang er eksponentiel, da der er tilfælde af overlappende underproblemer som forklaret i det rekursive trædiagram ovenfor.
Hjælpeplads: O(1). Der bruges ikke noget eksternt rum til lagring af værdier bortset fra det interne stabelrum.

Længst stigende sekvens ved hjælp af Memoisering :

Hvis det bemærkes nøje, kan vi se, at ovenstående rekursive løsning også følger overlappende delproblemer egenskab, dvs. samme understruktur løst igen og igen i forskellige rekursionsopkaldsveje. Vi kan undgå dette ved at bruge huskemetoden.

Vi kan se, at hver tilstand kan identificeres entydigt ved hjælp af to parametre:

  • Nuværende indeks (betegner det sidste indeks af LIS) og
  • Tidligere indeks (betegner slutindekset for den tidligere LIS, bag hvilken arr[i] bliver sammenkædet).

Nedenfor er implementeringen af ​​ovenstående tilgang.

C++
// C++ code of memoization approach for LIS #include  using namespace std; // To make use of recursive calls, this // function must return two things: // 1) Length of LIS ending with element // arr[n-1]. // We use max_ending_here for this purpose // Overall maximum as the LIS may end with // an element before arr[n-1] max_ref is // used this purpose. // The value of LIS of full array of size // n is stored in *max_ref which is // our final result int f(int idx, int prev_idx, int n, int a[],  vector>& dp) { if (idx == n) { return 0;  } if (dp[idx][prev_idx + 1] != -1) { return dp[idx][prev_idx + 1];  } int notTake = 0 + f(idx + 1, prev_idx, n, a, dp);  int take = INT_MIN;  if (prev_idx == -1 || a[idx]> a[prev_idx]) { take = 1 + f(idx + 1, idx, n, a, dp);  } returner dp[idx][prev_idx + 1] = max(take, notTake); } // Funktion til at finde længden af ​​// længst stigende undersekvens int længstSubsequence(int n, int a[]) { vektor> dp(n + 1, vektor (n + 1, -1));  returner f(0, -1, n, a, dp); } // Driverprogram til at teste ovenstående funktion int main() { int a[] = { 3, 10, 2, 1, 20 };  int n = størrelse på(a) / størrelse på(a[0]);  // Funktionskald cout<< 'Length of lis is ' << longestSubsequence(n, a);  return 0; }>
Java
// A Memoization Java Program for LIS Implementation import java.lang.*; import java.util.Arrays; class LIS {  // To make use of recursive calls, this function must  // return two things: 1) Length of LIS ending with  // element arr[n-1]. We use max_ending_here for this  // purpose 2) Overall maximum as the LIS may end with an  // element before arr[n-1] max_ref is used this purpose.  // The value of LIS of full array of size n is stored in  // *max_ref which is our final result  static int f(int idx, int prev_idx, int n, int a[],  int[][] dp)  {  if (idx == n) {  return 0;  }  if (dp[idx][prev_idx + 1] != -1) {  return dp[idx][prev_idx + 1];  }  int notTake = 0 + f(idx + 1, prev_idx, n, a, dp);  int take = Integer.MIN_VALUE;  if (prev_idx == -1 || a[idx]>a[prev_idx]) { take = 1 + f(idx + 1, idx, n, a, dp);  } return dp[idx][prev_idx + 1] = Math.max(take, notTake);  } // Indpakningsfunktionen for _lis() statisk int lis(int arr[], int n) { // Funktionen _lis() gemmer sit resultat i max int dp[][] = new int[n + 1][ n + 1];  for (int row[] : dp) Arrays.fill(row, -1);  returner f(0, -1, n, arr, dp);  } // Driverprogram til at teste ovenstående funktioner public static void main(String args[]) { int a[] = { 3, 10, 2, 1, 20 };  int n = a. længde;  // Funktionskald System.out.println('Længde af lis er ' + lis(a, n));  } } // Denne kode er bidraget af Sanskar.>
Python
# A Naive Python recursive implementation # of LIS problem import sys # To make use of recursive calls, this # function must return two things: # 1) Length of LIS ending with element arr[n-1]. # We use max_ending_here for this purpose # 2) Overall maximum as the LIS may end with # an element before arr[n-1] max_ref is # used this purpose. # The value of LIS of full array of size n # is stored in *max_ref which is our final result def f(idx, prev_idx, n, a, dp): if (idx == n): return 0 if (dp[idx][prev_idx + 1] != -1): return dp[idx][prev_idx + 1] notTake = 0 + f(idx + 1, prev_idx, n, a, dp) take = -sys.maxsize - 1 if (prev_idx == -1 or a[idx]>a[prev_idx]): take = 1 + f(idx + 1, idx, n, a, dp) dp[idx][prev_idx + 1] = max(take, notTake) returner dp[idx][prev_idx + 1] # Funktion til at finde længden af ​​længst stigende # undersekvens. def længsteSubsequence(n, a): dp = [[-1 for i i interval(n + 1)]for j i interval(n + 1)] returner f(0, -1, n, a, dp) # Driver program til at teste ovenstående funktion hvis __navn__ == '__main__': a = [3, 10, 2, 1, 20] n = len(a) # Funktionskald print('Længde af lis er', længsteSubsequence( n, a)) # Denne kode er bidraget af shinjanpatra>
C#
// C# approach to implementation the memoization approach using System; class GFG {  // To make use of recursive calls, this  // function must return two things:  // 1) Length of LIS ending with element arr[n-1].  // We use max_ending_here for this purpose  // 2) Overall maximum as the LIS may end with  // an element before arr[n-1] max_ref is  // used this purpose.  // The value of LIS of full array of size n  // is stored in *max_ref which is our final result  public static int INT_MIN = -2147483648;  public static int f(int idx, int prev_idx, int n,  int[] a, int[, ] dp)  {  if (idx == n) {  return 0;  }  if (dp[idx, prev_idx + 1] != -1) {  return dp[idx, prev_idx + 1];  }  int notTake = 0 + f(idx + 1, prev_idx, n, a, dp);  int take = INT_MIN;  if (prev_idx == -1 || a[idx]>a[prev_idx]) { take = 1 + f(idx + 1, idx, n, a, dp);  } return dp[idx, prev_idx + 1] = Math.Max(take, notTake);  } // Funktion til at finde længden af ​​længst stigende // efterfølger.  public static int longestSubsequence(int n, int[] a) { int[, ] dp = new int[n + 1, n + 1];  for (int i = 0; i< n + 1; i++) {  for (int j = 0; j < n + 1; j++) {  dp[i, j] = -1;  }  }  return f(0, -1, n, a, dp);  }  // Driver code  static void Main()  {  int[] a = { 3, 10, 2, 1, 20 };  int n = a.Length;  Console.WriteLine('Length of lis is '  + longestSubsequence(n, a));  } } // The code is contributed by Nidhi goel.>
Javascript
/* A Naive Javascript recursive implementation  of LIS problem */  /* To make use of recursive calls, this  function must return two things:  1) Length of LIS ending with element arr[n-1].  We use max_ending_here for this purpose  2) Overall maximum as the LIS may end with  an element before arr[n-1] max_ref is  used this purpose.  The value of LIS of full array of size n  is stored in *max_ref which is our final result  */  function f(idx, prev_idx, n, a, dp) {  if (idx == n) {  return 0;  }  if (dp[idx][prev_idx + 1] != -1) {  return dp[idx][prev_idx + 1];  }  var notTake = 0 + f(idx + 1, prev_idx, n, a, dp);  var take = Number.MIN_VALUE;  if (prev_idx == -1 || a[idx]>a[prev_idx]) { take = 1 + f(idx + 1, idx, n, a, dp);  } return (dp[idx][prev_idx + 1] = Math.max(take, notTake));  } // Funktion til at finde længden af ​​længst stigende // efterfølger.  function longestSubsequence(n, a) { var dp = Array(n + 1) .fill() .map(() => Array(n + 1).fill(-1));  returner f(0, -1, n, a, dp);  } /* Driverprogram til at teste ovenstående funktion */ var a = [3, 10, 2, 1, 20];  var n = 5;  console.log('Længde af lis er ' + længsteSubsequence(n, a));    // Denne kode er bidraget af satwiksuman.>

Produktion
Length of lis is 3>

Tidskompleksitet: 2)
Hjælpeplads: 2)

Længst stigende sekvens ved hjælp af Dynamisk programmering :

På grund af optimal understruktur og overlappende delproblemegenskab kan vi også benytte Dynamisk programmering til at løse problemet. I stedet for memoisering kan vi bruge den indlejrede løkke til at implementere den rekursive relation.

Den ydre sløjfe vil løbe fra i = 1 til N og den indre løkke vil løbe fra j = 0 til i og bruge gentagelsesrelationen til at løse problemet.

Nedenfor er implementeringen af ​​ovenstående tilgang:

C++
// Dynamic Programming C++ implementation // of LIS problem #include  using namespace std; // lis() returns the length of the longest // increasing subsequence in arr[] of size n int lis(int arr[], int n) {  int lis[n];  lis[0] = 1;  // Compute optimized LIS values in  // bottom up manner  for (int i = 1; i < n; i++) {  lis[i] = 1;  for (int j = 0; j < i; j++)  if (arr[i]>arr[j] && lis[i]< lis[j] + 1)  lis[i] = lis[j] + 1;  }  // Return maximum value in lis[]  return *max_element(lis, lis + n); } // Driver program to test above function int main() {  int arr[] = { 10, 22, 9, 33, 21, 50, 41, 60 };  int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);  // Function call  printf('Length of lis is %d
', lis(arr, n));  return 0; }>
Java
// Dynamic Programming Java implementation // of LIS problem import java.lang.*; class LIS {  // lis() returns the length of the longest  // increasing subsequence in arr[] of size n  static int lis(int arr[], int n)  {  int lis[] = new int[n];  int i, j, max = 0;  // Initialize LIS values for all indexes  for (i = 0; i < n; i++)  lis[i] = 1;  // Compute optimized LIS values in  // bottom up manner  for (i = 1; i < n; i++)  for (j = 0; j < i; j++)  if (arr[i]>arr[j] && lis[i]< lis[j] + 1)  lis[i] = lis[j] + 1;  // Pick maximum of all LIS values  for (i = 0; i < n; i++)  if (max < lis[i])  max = lis[i];  return max;  }  // Driver code  public static void main(String args[])  {  int arr[] = { 10, 22, 9, 33, 21, 50, 41, 60 };  int n = arr.length;  // Function call  System.out.println('Length of lis is '  + lis(arr, n));  } } // This code is contributed by Rajat Mishra>
Python
# Dynamic programming Python implementation # of LIS problem # lis returns length of the longest # increasing subsequence in arr of size n def lis(arr): n = len(arr) # Declare the list (array) for LIS and # initialize LIS values for all indexes lis = [1]*n # Compute optimized LIS values in bottom up manner for i in range(1, n): for j in range(0, i): if arr[i]>arr[j] og lis[i]< lis[j] + 1: lis[i] = lis[j]+1 # Initialize maximum to 0 to get # the maximum of all LIS maximum = 0 # Pick maximum of all LIS values for i in range(n): maximum = max(maximum, lis[i]) return maximum # Driver program to test above function if __name__ == '__main__': arr = [10, 22, 9, 33, 21, 50, 41, 60] print('Length of lis is', lis(arr)) # This code is contributed by Nikhil Kumar Singh>
C#
// Dynamic Programming C# implementation of LIS problem using System; class LIS {  // lis() returns the length of the longest increasing  // subsequence in arr[] of size n  static int lis(int[] arr, int n)  {  int[] lis = new int[n];  int i, j, max = 0;  // Initialize LIS values for all indexes  for (i = 0; i < n; i++)  lis[i] = 1;  // Compute optimized LIS values in bottom up manner  for (i = 1; i < n; i++)  for (j = 0; j < i; j++)  if (arr[i]>arr[j] && lis[i]< lis[j] + 1)  lis[i] = lis[j] + 1;  // Pick maximum of all LIS values  for (i = 0; i < n; i++)  if (max < lis[i])  max = lis[i];  return max;  }  // Driver code  public static void Main()  {  int[] arr = { 10, 22, 9, 33, 21, 50, 41, 60 };  int n = arr.Length;  // Function call  Console.WriteLine('Length of lis is '  + lis(arr, n));  } } // This code is contributed by Ryuga>
Javascript
>

Produktion
Length of lis is 5>

Tidskompleksitet: 2) Som en indlejret løkke bruges.
Hjælpeplads: O(N) Brug af ethvert array til at gemme LIS-værdier ved hvert indeks.

df.loc

Bemærk: Tidskompleksiteten af ​​ovenstående Dynamic Programming (DP) løsning er O(n^2), men der er en O(N* logN) opløsning for LIS-problemet. Vi har ikke diskuteret O(N log N)-løsningen her.
Henvise: Længst stigende sekvensstørrelse (N * logN) for den nævnte tilgang.