动态编程:找到最长的zig zag子序列

时间:2011-08-02 16:01:12

标签: algorithm dynamic-programming

任何人都可以帮助我理解解决http://www.topcoder.com/stat?c=problem_statement&pm=1259&rd=4493

中提到的问题的核心逻辑

锯齿形序列是交替增加和减少的序列。所以,1 3 2是锯齿形,但1 2 3不是。任何一个或两个元素的序列都是锯齿形。我们需要找到给定序列中最长的锯齿形子序列。子序列意味着元素不必是连续的,就像最长的子序列问题一样。因此,1 3 5 4 2可以具有1 5 4作为之字形子序列。我们对最长的一个感兴趣。

我知道这是一个动态编程问题,它与How to determine the longest increasing subsequence using dynamic programming?非常相似。

我认为任何解决方案都需要一个外循环来迭代不同长度的序列,内循环必须遍历所有序列。

我们将在索引i处存储最长的zig zag序列存储在另一个数组中,比如说在索引i处的dpStore。因此,存储中间结果,以后可以重复使用。这部分是所有动态编程问题的共同点。之后我们找到全局最大值并返回它。

我的解决方案绝对是错误的,粘贴在这里以显示我到目前为止的情况。我想知道我哪里出错了。

    private int isZigzag(int[] arr)
{
    int max=0;
    int maxLength=-100;
    int[] dpStore = new int[arr.length];

    dpStore[0]=1;

    if(arr.length==1)
    {
        return 1;
    }
    else if(arr.length==2)
    {
        return 2;
    }
    else 
    {           
        for(int i=3; i<arr.length;i++)
        {
            maxLength=-100;
            for(int j=1;j<i && j+1<=arr.length; j++)
            {
                if(( arr[j]>arr[j-1] && arr[j]>arr[j+1])
                    ||(arr[j]<arr[j-1] && arr[j]<arr[j+1]))
                {
                    maxLength = Math.max(dpStore[j]+1, maxLength);
                }
            }
            dpStore[i]=maxLength;               
        }
    }
    max=-1000;
    for(int i=0;i<arr.length;i++)
    {
        max=Math.max(dpStore[i],max);
    }
    return max; 
}

11 个答案:

答案 0 :(得分:49)

这就是你所链接的问题:

  

如果连续数字之间的差异在正数和负数之间严格交替,则数字序列称为Z字形序列。第一个差异(如果存在)可以是正面的也可以是负面的。少于两个元素的序列通常是一个Z字形序列。

     

例如,1,7,4,9,2,5是Z字形序列,因为差异(6,-3,5,-7,3)交替为正和负。相比之下,1,4,7,2,5和1,7,4,5,5不是Z字形序列,第一个是因为它的前两个差异是正的,第二个是因为它的最后差异是零。

     

给定一系列整数序列,返回序列的最长子序列的长度,该序列是Z字形序列。通过从原始序列中删除一些元素(可能为零)来获得子序列,剩余的元素保持其原始顺序。

这与您在帖子中描述的完全不同。以下解决了实际的编码器问题。

dp[i, 0] = maximum length subsequence ending at i such that the difference between the
           last two elements is positive
dp[i, 1] = same, but difference between the last two is negative

for i = 0 to n do     
   dp[i, 0] = dp[i, 1] = 1

   for j = 0 to to i - 1 do
    if a[i] - a[j] > 0
      dp[i, 0] = max(dp[j, 1] + 1, dp[i, 0])
    else if a[i] - a[j] < 0
      dp[i, 1] = max(dp[j, 0] + 1, dp[i, 1])

示例:

i        = 0  1   2  3   4   5   6   7  8   9
a        = 1  17  5  10  13  15  10  5  16  8 
dp[i, 0] = 1  2   2  4   4   4   4   2  6   6    
dp[i, 1] = 1  1   3  3   3   3   5   5  3   7
           ^  ^   ^  ^
           |  |   |  -- gives us the sequence {1, 17, 5, 10}
           |  |   -- dp[2, 1] = dp[1, 0] + 1 because 5 - 17 < 0.
           |  ---- dp[1, 0] = max(dp[0, 1] + 1, 1) = 2 because 17 - 1 > 0
     1 element
   nothing to do
 the subsequence giving 7 is 1, 17, 5, 10, 5, 16, 8, hope I didn't make any careless
 mistakes in computing the other values)

然后只取两个dp数组的最大值。

答案 1 :(得分:27)

这是一个更简单的解决方案

让原始数组A的长度为n。构建另一个长度为n-1且仅为0和1的数组B.如果a [i] -a [i + 1]> = 0,则B [i] = 0否则B [i] = 1.这可以在O(n)中完成。现在我们有一个只有0和1的数组,现在的问题是找到交替的连续0和1。 B中的0的连续子阵列阵列将由其任何一个元素表示。例如: 如果B是= [0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,0]那么我们可以将B减少到Br,其中= [0,1,0]在O(n)中,实际上我们只需要找到可以通过一次迭代完成的Br的大小。我的朋友就是给定问题的答案。因此总复杂度为O(n)+ O(n)= O(n)。 换一种说法: 保留第一个元素。然后找到序列的单调生长或收缩部分,并保留所有这些序列中的最后一个元素。

更新:您需要在此过程中添加一个答案,因为您计算的是曲折,而不是列表的长度。谨防围栏问题:https://betterexplained.com/articles/learning-how-to-count-avoiding-the-fencepost-problem/

答案 2 :(得分:6)

还有一种贪婪的方法。

拿第一个元素。然后找出包含第一个元素的连续序列中的最小或最大元素,然后选择它。

即如果序列为1, 5, 7, 9, 2,4,则首先选择1,然后选择9,因为9是连续序列1, 5, 7, 9中的最大值。

以相同的方式继续并选择2和5。 使用相同的方法,为例子计算子序列:

1, 17, 5, 10, 13, 15, 10, 5, 16, 8

是:1, 17, 5, 15, 5, 16, 8

答案 3 :(得分:2)

或者您可以使用贪婪算法

public static int longestZigZag(int[] sequence) {
    if (sequence.length==1) return 1;
    if (sequence.length==2) return 2;
    int[] diff = new int[sequence.length-1];

    for (int i=1;i<sequence.length;i++){
        diff[i-1]=sequence[i]-sequence[i-1];
    }
    int prevsign=sign(diff[0]);
    int count=0;
    if (prevsign!=0)
        count=1;
    for (int i=1;i<diff.length;i++){
        int sign=sign(diff[i]);
        if (prevsign*sign==-1){
            prevsign=sign;
            count++;
        }
    }
    return count+1;
}

public static int sign(int a){
    if (a==0) return 0;
    return a/Math.abs(a);
}

答案 4 :(得分:2)

实际上我认为得分最高的答案是正确的(IVlad's)。但我很确定动态编程部分(外部循环)是必要。

使用了贪婪的方法,我们可以通过操作获得positive_end_seq[i]negative_end_seq[i]

    positive_end_seq[i] = negative_end_seq[i-1];
    negative_end_seq[i] = positive_end_seq[i-1];
    if (A[i-1] > A[i]) { // next element for positive_end_seq
       positive_end_seq[i] += 1; 
    }
    if (A[i-1] < A[i]) { // next element for negqtive_end_seq
       negative_end_seq[i] += 1;
    }
    // if (A[i-1] == A[i]) values don't change

positive_end_seq[0] = 1negative_end_seq[0] = 1,所有i的数组都包含最长子序列的长度,其中pos / neg以i个元素结尾。我们不必查看0..i-2元素,证明这一点会很好。

时间复杂度为O(n)

当然,pos / neg数组现在可以用计数器替换,这里是Java中的代码

    public static int subZigZag(int[] arr) {
      int pos_count = 1;
      int neg_count = 1;
      for(int i = 1; i < arr.length; ++i) {
        if (arr[i-1] < arr[i]) {
          pos_count = neg_count + 1;
        }
        if (arr[i-1] > arr[i]) {
          neg_count = pos_count+1;
        }
      }
      return Math.max(pos_count, neg_count);
    } 

答案 5 :(得分:0)

public static int longestZigZag(int[] sequence) {
    int max_seq = 0;

    if (sequence.length == 1) {
        return 1;
    }

    if (sequence.length == 1) {
        return 2;
    }

    int dp[] = new int[sequence.length];

    dp[0] = 1;
    dp[1] = 2;

    for (int i = 2; i < sequence.length; i++) {
        for (int j = i - 1; j > 0; j--) {
            if (((sequence[i] > sequence[j] &&
                sequence[j] < sequence[j - 1]) || 
                (sequence[i] < sequence[j] &&
                sequence[j] > sequence[j - 1])) &&
                dp[i] < dp[j] + 1) {
                dp[i] = dp[j] + 1;

                if (dp[i] > max_seq) {
                    max_seq = dp[i];
                }
            } 
        }
    }

    return max_seq;
}

答案 6 :(得分:0)

这是我对简单贪婪实施的看法。

像其他人之前提到的那样,你只需要看看最后三点的锯齿。

def zigzag(xs):
    res = xs[:2]
    for x in xs[2:]:
        if cmp(res[-1], x) == cmp(res[-1], res[-2]):
            res.append(x)
        else:
            res[-1] = x
    return res

答案 7 :(得分:0)

以下是O(n)

中的情况
public static int longestZigZag(int[] sequence) {
    if (sequence == null) {
        return 0;
    }

    int len  = sequence.length;
    if (len <= 2) {
        return len;
    }
    int minima = sequence[0];
    int maxima = sequence[0];
    int maximalen = 1;
    int minimalen = 1;

    for (int i = 1; i < len; i++) {
        if (sequence[i] < maxima) {
            if (minimalen < maximalen + 1) {
                minimalen = maximalen + 1;
                minima = sequence[i];
            } else if (minimalen == maximalen + 1 && sequence[i] < minima) {
                minima = sequence[i];
            }
        }
        if (sequence[i] > minima) {
            if (maximalen < minimalen + 1) {
                maximalen = minimalen + 1;
                maxima = sequence[i];
            } else if (maximalen == minimalen + 1 && sequence[i] > maxima) {
                maxima = sequence[i];
            }
        }
    }

    return Math.max(maximalen, minimalen);
}

答案 8 :(得分:0)

int之字形(int [] a){

List<Integer> list= new ArrayList<>();
int max = 0;
if(a.length==0 || a.length==1) return 0;
if(a.length==2) return 1;
for(int i=1;i<a.length-1;i++){

    if((a[i-1]<a[i] && a[i+1]<a[i]) || (a[i-1]>a[i] && a[i+1]>a[i])){
        if(list.isEmpty()){
           list.add(a[i-1]); 
        }
        list.add(a[i]);

    }else{
        list.add(a[i+1]); 
        max = Math.max(max,list.size());
        list.clear();
    }

}
return max;

}

答案 9 :(得分:-1)

def ZigZag(tup):

length = len(tup)
lst = []
lst.append(1)
lst.append(2)
if length > 2:
    for i in range(2,length):
        if (tup[i]-tup[i-1]) * (tup[i-1]-tup[i-2]) < 0:
            d = lst[i-1] + 1
        else:
            d = lst[i-1]
        lst.append(d)

return lst[length-1]

答案 10 :(得分:-1)

选择局部最大值和局部最小值,非常简单。

vector<int> longest_oscilating_subsequence(const vector<int> seq) {
    vector<int> result; // the resulting subsequence 

    for (int i = 0; i < seq.size(); ++i) {
        if (i > 0 && seq[i] == seq[i - 1]) continue;

        // is this point a local extreme 
        bool local_max = true, local_min = true;
        if (i > 0) {
            local_max = local_max && (seq[i] >= seq[i - 1]);
            local_min = local_min && (seq[i] <= seq[i - 1]);
        }
        if (i < seq.size() - 1) {
            local_max = local_max && (seq[i] >= seq[i + 1]);
            local_min = local_min && (seq[i] <= seq[i + 1]);
        }

        // potentially add it to the sequence 
        if (local_max || local_min) result.push_back(seq[i]);
    }

    return result; 
}