Come massimizzare


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Vedo molti problemi algoritmici che riducono sempre a qualcosa le linee di:

Hai un array intero h[1..n]0 , devi trovare i,j tale che massimizzi (h[j]h[i])(ji) nel tempo O(n) .

Ovviamente la soluzione temporale O(n2) è quella di considerare tutte le coppie, tuttavia, esiste un modo per massimizzare l'espressione in O(n) senza sapere qualcos'altro sulle proprietà di h ?

Un'idea a cui ho pensato è di correggere j , quindi dobbiamo trovare i da 1 a j1 che è uguale a argmaxi{(h[j]h[i])(ji)} o argmaxi{h[j]jh[j]ih[i]j+h[i]i} e poichéj è corretto, allora abbiamo bisogno diargmaxi{h[j]ijh[i]+ih[i]} .

Tuttavia, non vedo alcun modo per sbarazzarsi dei termini j dipendenti all'interno. Qualsiasi aiuto?


Una soluzione sarà utile? O(nlogn)
xskxzr,

@xskxzr sicuro se ne hai
AspiringMat

Risposte:


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Questa è una soluzione . Una soluzione O ( n ) indicata da Willard Zhan è allegata all'ultima di questa risposta.O(nlogn)O(n)


soluzioneO(nlogn)

Per comodità, denota .f(i,j)=(h[j]h[i])(ji)

Definisco , e l io essere il più piccolo indice tale che l i > l i - 1 e h [ l i ] < h [ l i - 1 ] . Allo stesso modo, definisci r 1 = n , e r i è l'indice più grande tale che r i < r i - 1 e h [ r i ] >l1=1lili>li1h[li]<h[li1]r1=nriri<ri1 . Le sequenze l 1 , l 2 , . . . e r 1 , r 2 , ... sono facili da calcolare in O ( n ) tempo.h[ri]>h[ri1]l1,l2,...r1,r2,O(n)

Il caso in cui non ci sono tale che h [ i ] < h [ j ] (cioè f ( i , j ) > 0 ) è banale. Ci concentriamo ora su casi non banali. In tali casi, per trovare la soluzione, dobbiamo solo considerare tali coppie.i<jh[i]<h[j]f(i,j)>0

Per ogni tale che h [ i ] < h [ j ] , sia tu l'indice più grande tale che l ui , e v sia l'indice più piccolo tale che r vj , quindi h [ l u ] h [ i ] (altrimenti l u + 1i per definizione di l u + 1i<jh[i]<h[j]uluivrvjh[lu]h[i]lu+1ilu+1, quindi in contraddizione con la definizione di ), e similmente h [ r v ] h [ j ] . Quindi ( h [ r v ] - h [ l u ] ) ( r v - l u ) ( h [ j ] - h [ i ] ) ( r v - l u ) ( h [uh[rv]h[j] Questo significa che dobbiamo considerare solo le coppie ( l u , r v ) dove l u < r v .

(h[rv]h[lu])(rvlu)(h[j]h[i])(rvlu)(h[j]h[i])(ji).
(lu,rv)lu<rv

Indica , abbiamo il seguente lemma.v(u)=argmaxv: lu<rvf(lu,rv)

Una coppia cui , e dove esiste tale che e o tale che e , non può essere una soluzione ottimale finale.l u < r v u 0 u < u 0 v < v ( u 0 ) u > u 0 v > v ( u 0 )(lu,rv)lu<rvu0u<u0v<v(u0)u>u0v>v(u0)

Prova. Secondo la definizione di, abbiamo o ( h [ r v ( u 0 ) ] - h [ l u 0 ] ) ( r v ( u 0 ) - l u 0 ) ( h [ r v ] - h [ l u 0 ] ) ( r v - l u 0 ) , ( hv(u0)

(h[rv(u0)]h[lu0])(rv(u0)lu0)(h[rv]h[lu0])(rvlu0),
(h[rv]h[rv(u0)])lu0+h[lu0](rvrv(u0))+h[rv(u0)]rv(u0)h[rv]rv(u0)0.

Nel caso in cui e , notare e , e anche e , abbiamo v < v ( u 0 ) h [ r v ] - h [ r v ( u 0 ) ] < 0 r v - r v ( u 0 ) > 0 l u < l u 0 h [ l u ] > h [ l u 0 ]u<u0v<v(u0)h[rv]h[rv(u0)]<0rvrv(u0)>0lu<lu0h[lu]>h[lu0]

(h[rv]h[rv(u0)])lu+h[lu](rvrv(u0))> (h[rv]h[rv(u0)])lu0+h[lu0](rvrv(u0)).

Questo significa o

(h[rv]h[rv(u0)])lu+h[lu](rvrv(u0))+h[rv(u0)]rv(u0)h[rv]rv(u0)>0,
(h[rv(u0)]h[lu])(rv(u0)lu)>(h[rv]h[lu])(rvlu).

Quindi è una soluzione strettamente migliore di . La prova per l'altro caso è simile. (lu,rv(u0))(lu,rv)

Possiamo calcolare primo luogo dove è la lunghezza della sequenza , quindi calcolare ricorsivamente la soluzione ottimale tra 's per e e la soluzione ottimale tra 's per e . A causa del lemma, la soluzione ottimale globale deve provenire da .v(/2)l1,l2,o1(lu,rv)u=1,,/21v=v(/2),v(/2)+1,o2(lu,rv)u=/2+1,/2+2,v=1,,v(/2){(l/2,rv(/2)),o1,o2}


O(n) Soluzione

Sia se . La dimostrazione del lemma mostra anche una proprietà importante: per e , if , quindi . Ciò significa che la matrice è una matrice totalmente monotona in cui è la lunghezza della sequenza (quindi indica l' elemento -esimo dalla fine), quindi l'algoritmo SMAWK può essere applicato per trovare il valore minimo di , quindi il valore massimo di .f(lu,rv)=lurvu>u0v>v0f(lu0,rv0)f(lu0,rv)M [ x , y ] : = - f ( l x , r c - y + 1 ) c r 1 , r 2 , r c - y + 1 y M ff(lu,rv0)>f(lu,rv)M[x,y]:=f(lx,rcy+1)cr1,r2,rcy+1yMf


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Quello che hai dimostrato è che è una matrice monotona, quindi dividi e conquista fornisce un algoritmo . Ma potresti effettivamente dimostrare che è Monge , in modo che l' algoritmo SMAWK possa essere applicato. O ( n log n )f(lu,rv)O(nlogn)O ( n )f(lu,rv)O(n)
Willard Zhan,
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