《labuladong 的算法秘籍》、《labuladong 的刷题笔记》两本 PDF 和刷题插件 2.0 免费开放下载,详情见 labuladong 的刷题三件套正式发布~
读完本文,你不仅学会了算法套路,还可以顺便去 LeetCode 上拿下如下题目:
-----------
很多算法问题都需要排序技巧,其难点不在于排序本身,而是需要巧妙地排序进行预处理,将算法问题进行转换,为之后的操作打下基础。
信封嵌套问题就需要先按特定的规则排序,之后就转换为一个 最长递增子序列问题,可以用前文 二分查找详解 的技巧来解决了。
信封嵌套问题是个很有意思且经常出现在生活中的问题,先看下题目:
这道题目其实是最长递增子序列(Longes Increasing Subsequence,简写为 LIS)的一个变种,因为很显然,每次合法的嵌套是大的套小的,相当于找一个最长递增的子序列,其长度就是最多能嵌套的信封个数。
但是难点在于,标准的 LIS 算法只能在数组中寻找最长子序列,而我们的信封是由 (w, h)
这样的二维数对形式表示的,如何把 LIS 算法运用过来呢?
读者也许会想,通过 w × h
计算面积,然后对面积进行标准的 LIS 算法。但是稍加思考就会发现这样不行,比如 1 × 10
大于 3 × 3
,但是显然这样的两个信封是无法互相嵌套的。
这道题的解法是比较巧妙的:
先对宽度 w
进行升序排序,如果遇到 w
相同的情况,则按照高度 h
降序排序。之后把所有的 h
作为一个数组,在这个数组上计算 LIS 的长度就是答案。
画个图理解一下,先对这些数对进行排序:
然后在 h
上寻找最长递增子序列:
这个子序列就是最优的嵌套方案。
这个解法的关键在于,对于宽度 w
相同的数对,要对其高度 h
进行降序排序。因为两个宽度相同的信封不能相互包含的,逆序排序保证在 w
相同的数对中最多只选取一个。
下面看代码:
// envelopes = [[w, h], [w, h]...]
public int maxEnvelopes(int[][] envelopes) {
int n = envelopes.length;
// 按宽度升序排列,如果宽度一样,则按高度降序排列
Arrays.sort(envelopes, new Comparator<int[]>()
{
public int compare(int[] a, int[] b) {
return a[0] == b[0] ?
b[1] - a[1] : a[0] - b[0];
}
});
// 对高度数组寻找 LIS
int[] height = new int[n];
for (int i = 0; i < n; i++)
height[i] = envelopes[i][1];
return lengthOfLIS(height);
}
关于最长递增子序列的寻找方法,在前文中详细介绍了动态规划解法,并用扑克牌游戏解释了二分查找解法,本文就不展开了,直接套用算法模板:
/* 返回 nums 中 LIS 的长度 */
public int lengthOfLIS(int[] nums) {
int piles = 0, n = nums.length;
int[] top = new int[n];
for (int i = 0; i < n; i++) {
// 要处理的扑克牌
int poker = nums[i];
int left = 0, right = piles;
// 二分查找插入位置
while (left < right) {
int mid = (left + right) / 2;
if (top[mid] >= poker)
right = mid;
else
left = mid + 1;
}
if (left == piles) piles++;
// 把这张牌放到牌堆顶
top[left] = poker;
}
// 牌堆数就是 LIS 长度
return piles;
}
为了清晰,我将代码分为了两个函数, 你也可以合并,这样可以节省下 height
数组的空间。
此算法的时间复杂度为 O(NlogN)
,因为排序和计算 LIS 各需要 O(NlogN)
的时间。
空间复杂度为 O(N)
,因为计算 LIS 的函数中需要一个 top
数组。
这个问题是个 Hard 级别的题目,难就难在排序,正确地排序后此问题就被转化成了一个标准的 LIS 问题,容易解决一些。
其实这种问题还可以拓展到三维,比如说现在不是让你嵌套信封,而是嵌套箱子,每个箱子有长宽高三个维度,请你算算最多能嵌套几个箱子?
我们可能会这样想,先把前两个维度(长和宽)按信封嵌套的思路求一个嵌套序列,最后在这个序列的第三个维度(高度)找一下 LIS,应该能算出答案。
实际上,这个思路是错误的。这类问题叫做「偏序问题」,上升到三维会使难度巨幅提升,需要借助一种高级数据结构「树状数组」,有兴趣的读者可以自行搜索。
有很多算法问题都需要排序后进行处理,阿东正在进行整理总结。希望本文对你有帮助。
_____________
刷算法,学套路,认准 labuladong,公众号和 在线电子书 持续更新最新文章。
本小抄即将出版,微信扫码关注公众号,后台回复「小抄」限时免费获取,回复「进群」可进刷题群一起刷题,带你搞定 LeetCode。
======其他语言代码======
给你一个整数数组 nums ,找到其中最长严格递增子序列的长度。
子序列是由数组派生而来的序列,删除(或不删除)数组中的元素而不改变其余元素的顺序。例如,[3,6,2,7] 是数组 [0,3,1,6,2,2,7] 的子序列。
/**
* @param {number[]} nums
* @return {number}
*/
let lengthOfLIS = function(nums) {
let top = new Array(nums.length);
// 牌堆数初始化为 0
let piles = 0;
for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
// 要处理的扑克牌
let poker = nums[i];
/***** 搜索左侧边界的二分查找 *****/
let left = 0, right = piles;
while (left < right) {
let mid = (left + right) / 2;
if (top[mid] > poker) {
right = mid;
} else if (top[mid] < poker) {
left = mid + 1;
} else {
right = mid;
}
}
/*********************************/
// 没找到合适的牌堆,新建一堆
if (left === piles) piles++;
// 把这张牌放到牌堆顶
top[left] = poker;
}
// 牌堆数就是 LIS 长度
return piles;
};
/**
* @param {number[]} nums
* @return {number}
*/
let lengthOfLIS = function(nums) {
let top = new Array(nums.length);
// 牌堆数初始化为 0
let piles = 0;
for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
// 要处理的扑克牌
let poker = nums[i];
/***** 搜索左侧边界的二分查找 *****/
let left = 0, right = piles;
while (left < right) {
let mid = Math.floor((left + right) / 2);
if (top[mid] > poker) {
right = mid;
} else if (top[mid] < poker) {
left = mid + 1;
} else {
right = mid;
}
}
/*********************************/
// 没找到合适的牌堆,新建一堆
if (left === piles) piles++;
// 把这张牌放到牌堆顶
top[left] = poker;
}
// 牌堆数就是 LIS 长度
return piles;
};
/**
* @param {number[][]} envelopes
* @return {number}
*/
var maxEnvelopes = function (envelopes) {
let n = envelopes.length;
// 按宽度升序排列,如果宽度一样,则按高度降序排列
envelopes.sort((a, b) => {
return a[0] === b[0] ? b[1] - a[1] : a[0] - b[0];
})
// 对高度数组寻找 LIS
let height = new Array(n);
for (let i = 0; i < n; i++)
height[i] = envelopes[i][1];
return lengthOfLIS(height);
};