BAT最热笔试题：最长递增子序列的六种解法(gitbuh项目：AlgorithmPractice)

项目介绍

• 本项目通过分解各大厂的常见笔面试题，追本溯源至数据结构和算法的底层实现原理，知其然知其所以然；
• 建立知识结构体系，方便查找，欢迎更多志同道合的朋友加入项目AlgorithmPractice，（欢迎提issue和pull request）。

什么是最长递增子序列

• 在一个给定的数值序列中，找到一个子序列，使得这个子序列元素的数值依次递增，并且这个子序列的长度尽可能地大。最长递增子序列中的元素在原序列中不一定是连续的。
• 学完这道题的六种解法，就可以去秀面试官了 。

六种解法

• 1、暴力法
• 2、动态规划法
• 3、分治法
• 4、字符串对比法
• 5、分支限界法
• 6、扑克法

正文开始

1、暴力法

• 代码实现：LIS_Violence，测试用例：TestLIS_Violence
• 设计思路：
  • 遍历字符串的所有组成可能，对这些可能进行判断是否符合递增规律，并统计最长的子串长度。
• 主要代码：

//外循环是字符串的起始位置
for (int beginLocation = 0; beginLocation < sequence.length() - 1; beginLocation++) {
    //内部循环是暴力字符串的长度增长空间
    for (int subLength = 1; subLength < sequence.length() - beginLocation; subLength++) {
         sb = new StringBuffer();
         sb.append(sequence.charAt(beginLocation));
         dealString(sb, sequence, beginLocation, subLength);
    }
}

//生成字符串，其中beginLocation的字符是必须包含的
public void dealString(StringBuffer sb, String s, int beginPosition, int strdepth) {
     if (strdepth == 0 && judge(sb.toString())) {
      	  if (sb.length() > best_length) {
                best_length = sb.length();
          }
          return;
     }
     for (int i = beginPosition + 1; i < s.length(); i++) {
          sb.append(s.charAt(i));
          dealString(sb, s, i, strdepth - 1);
          sb.deleteCharAt(sb.length() - 1);
     }
}

• 注意事项：
  • 每次用于统计的temp数组或者temp List，在进行下一次运算的时候需要清空。
  • 遍历字符串的所有组成是采用递归做的，递归前后的取舍需要注意，特别是StringBuffer.deleteCharAt()方法，这里面的参数不能用当前的循环值，而应该是StringBuffer.length() - 1。

2、动态规划法

• 代码实现：LIS_Dynamic，测试用例：TestLIS_Dynamic
• 设计思路：
  • 对于字符串中任意某点 J 的最大子串，等于其前面的最大子串数加一。
  • 状态转换方程：longest[i] = (longest[j] + 1) > longest[i] ? (longest[j] + 1) : longest[i];
• 主要代码：

for (int i = 0; i < length; i++) {
    for (int j = 0; j < i; j++) {
         if ((intArray[j] < intArray[i])) {
             longest[i] = (longest[j] + 1) > longest[i] ? (longest[j] + 1) : longest[i];
         }
    }
    if (longest[i] > best) {
         best = longest[i];
         point = i;
    }
}

• 注意事项：

3、分治法【局限于连续子串，本题仅供参考】

• 代码实现：LIS_Divide，测试用例：TestLIS_Divide
• 设计思路：
  • 对于指定字符串，一定存在某个最大长度的递增子序列，现在把指定字符串分成左边和右边，那么这个最大的递增子序列，要么存在于左边子串，要么存在于右边子串，要么横跨左右（这特么不是废话）。
  • 对于横跨两边的子串，分别向左扩展找出小于其的最长递增子序列，向右同理，但是本题我在做得时候，我仅仅做了大小判断，所以这种方法只能解决连续的递增问题，非连续子串的递增，可能需要才有动态规划的方式。
• 主要代码：

public int divide(int[] stringArr, int left, int right) {
	if (left < right) {
		int mid = (left + right) / 2;
		int leftValue = divide(stringArr, left, mid);
		int rightValue = divide(stringArr, mid + 1, right);
		int midValue = middleHandle(stringArr, left, right);
		return Math.max(Math.max(leftValue, rightValue), midValue);
	}
	return 0;
}

//向左扩展
while (leftPoint - 1 >= left && stringArr[leftPoint] > stringArr[leftPoint - 1]) {
    count++;
    leftPoint--;
}
//向右扩展
while (rightPoint + 1 <= right && stringArr[rightPoint] < stringArr[rightPoint + 1]) {
    count++;
    rightPoint++;
}

• 注意事项：
  • 本解法不要用于解决最长递增子序列，仅仅用于计算最长连续递增子串

4、字符串对比法

• 代码实现：LIS_Lcs，测试用例：TestLIS_Lcs
• 设计思路：
  • 将字符串转出数组，进行排序
  • 排序后的数组，进行去重（考虑递增不单调，不存在重复的数据）
  • 将去重后的数组再转成字符串与原字符串进行最长公共子序列对比（其本质还是动态规划的思想）。
• 主要代码：

//进行快速排序
QuickSortDuplexing q = new QuickSortDuplexing();
q.sortMethod(ints);
//因为是递增序列，所以要去重
HashMap hashMap = new HashMap();
for (int i = 0; i < c.length; i++) {
    hashMap.put(ints[i], 1);
}
String temp = hashMap.keySet().toString().replace(",", "").replace("[", "").replace("]", "").replace(" ", "");
//再进行最长子序列比较
LCS lcs = new LCS();
int length = lcs.count(temp, sequence).getCommondLength();

• 注意事项：
  • 去重选取的是hashmap的key
  • hashmap转String，需要replace很多，暂时没找到比较好的办法。

5、分支限界法

• 代码实现：LIS_Branch，测试用例：TestLIS_Branch
• 设计思路：
  • 分支限界法是对暴力法的改进，对一些显而易见的条件进行删除。
  • 比如：
    • 当前temp的值加上剩下待遍历的距离，小于等于最优值的时候，就没有必要再继续下去了。
    • 剩下的待遍历距离小于当前的最优解，就没有必要再继续下去了。
• 主要代码：

//剩下的待遍历距离小于当前的最优解，就没有必要再继续下去了。
for (int i = 1; count_best <= length - i; i++) {
    list_temp = new ArrayList();
    list_temp.add(StringArray[i - 1]);
    count_temp = 1;
    count(i);
}

//当前temp的值加上剩下待遍历的距离，小于等于最优值的时候，就没有必要再继续下去了。
if ((length - 1) - depth + (count_temp + 1) <= count_best) {
    return;
}

if (count_temp > count_best || depth == length - 1) {
    //更新最优解，并继续下去
    if (count_temp > count_best) {
        list_best = new ArrayList<>(list_temp);
        count_best = count_temp;
    }
    //达到终点，停止递归
    if (depth == length - 1) {
        return;
    }

}
//分支递归
for (int i = depth; i < length; i++) {
    if (list_temp.get(count_temp - 1) < StringArray[i]) {
        count_temp++;
        list_temp.add(StringArray[i]);
        count(i + 1);
        list_temp.remove(list_temp.get(--count_temp));
    }
}

• 注意事项：
  • List赋值的时候，这样才不会造成引用跟随：list_best = new ArrayList<>(list_temp);

6、扑克法【扑克法本质是分治思想】

• 代码实现：LIS_Poker，TestLIS_Poker
• 设计思路：
  • 按照扑克牌的玩法，第一张自启一摞
  • 第二张比第一张小，则压在第一张上
  • 第二张比第一张大，则另启一摞。
  • 第三张比第二张小，则压在第二张上
  • 第三张比第二张大，则另启一摞。
  • 最后分成的摞数，就是我们要求的最长递增子序列数，你一定可以找到一个组合，位于不同的摞中，是严格递增的存在，数学证明略。
• 主要代码：

for (int i = 0; i < count; i++) {
	left = 0;
	right = piles;
	poker = intArray[i];
	while (left < right) {
		mid = (left + right) / 2;
		if (poker < top[mid]) {
			right = mid;// ? right = mid-1;
		} else if (poker > top[mid]) {
			left = mid + 1;
		} else {
			right = mid;
		}
	}
	if(left == piles){
		piles++;
	}
	top[left] = poker;
}

• 注意事项：
  • 限于表达能力，扑克法描述可能表述的不清晰，大家可以参考这篇详细的博文：动态规划设计之最长递增子序列。