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搭建桥梁的问题-如何应用最长的递增子序列?

algorithm

建筑桥梁问题说明如下:

有一条河流横贯整个区域。在河的上方和下方都有一组城市。河流上方的每个城市都与河流下方的一个城市匹配,并且您会获得成对的匹配。

您有兴趣在河上建造一组桥梁以连接匹配的最大对城市,但是您必须这样做,以确保没有两座桥梁相交。

设计一种算法以尽可能有效地解决此问题。

我听说这个问题与最长的子序列增长问题有关,但是我在这里看不到如何使用它。例如,如果我们得到了对

2  5  8  10
6  4  1  2

那么我们考虑LIS的顺序是什么?

谢谢!


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2020-07-28

共1个答案

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为了增强如何使用最长的增长子序列算法来解决该问题的方法,让我们从一些直觉开始,然后构建一个解决方案。由于您只能在匹配索引的城市之间建立桥梁,因此可以将最终建立的桥梁集合视为可以找到的最大对,其中不包含任何交叉。那么在什么情况下您会过马路?

让我们看看何时会发生这种情况。假设我们对第一个城市建造的所有桥梁进行排序。如果有两个桥相交,那么我们必须有一个桥(a i,b i),使得对于其他一些桥(a
j,b j),下列条件之一成立:

  • 一个我 <一个Ĵ和b 我 > b Ĵ
  • a i > a j和b i <b j

第一种情况是说,有一座桥,其顶部城市比我们的桥的起点靠右,而其底部城市比我们的桥的终点靠左,而第二种情况则处理相反的情况。

鉴于需要保留此属性,因此我们需要确保对于每组桥,对于任何一对桥(a i,b i),(a j,b j),我们都具有以下两个属性之一。:要么

  • 一个我 ≤一个Ĵ和b 我 ≤b Ĵ

要么

  • 一个我 ≥一个Ĵ和b 我 ≥b Ĵ

换句话说,如果我们要按桥的第一个坐标对它们进行排序,则第二个坐标的集合将一直在增加。同样,如果我们要按桥的第二坐标对桥进行排序,则第一坐标将一直在增加。

我们刚刚定义的定义偏序≤酒店都在集桥梁,在这里我们说(一个我,B 我)≤ 两个(一个Ĵ,B Ĵ)如果我 ≤一Ĵ和b 我 ≤ b Ĵ。请注意,这不是总排序-
例如,(1,2)与(2,1)无法比拟-但这是部分排序,因为它是自反的,反对称的和可传递的。

鉴于此,问题的目标是找到可以通过这种关系完全排序的最大元素集,因为如果我们有一个包含两个不可比元素的集,则这些元素必须代表跨桥。换句话说,我们希望以偏序找到最长的链。一种实现方法是,在O(n
2)时间内将每个元素相互比较,并查看哪些元素可以按≤ 两个进行排序。这将产生一个有向无环图,其中(a i,b i)对具有(a j,b j)iff(a i,b
i)≤ 两者(a
j,bj)。一旦我们有了这个向无环图,我们可以再找出最长路径图中的发现最大的一组是调用由≤比较的元素的两个,然后给出了解决问题的办法。因此,总运行时间为O(n
2)。

但是,我们可以做得更好。上述算法的问题在于,我们无法轻易分辨出元素之间的比较方式,因此我们必须明确地将每个城市与另一个城市进行比较。

2  5  8 10
6  4  1  2

让我们按底行对城市进行排序:

8 10  5  2
1  2  4  6

现在,这是非常酷的观察。如果我们具备的要素排序由他们的底行,那么我们可以说,如果两对通过订购≤
都通过查看他们在第一行中的位置。如果第一对在第二对的左边,我们立即知道第一对的第二个元素小于第二对的第二个元素,因为我们已经按第二个坐标对它们进行了排序。然后,如果第一对中的第一个元素小于第二对中的第一个元素,则可以将这对元素一起构建。因此,如果我们想找到一组可以一起建造的桥,我们正在寻找最上面一行的子序列,因为在这种情况下,当我们从中间移开时,对中的第一和第二个元素都在增加。从左到右。找到最长的增长子序列即可解决此问题。

ew!希望这个答案能详细解释一切!

2020-07-28