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2407. 最长递增子序列 II

题目描述

给你一个整数数组 nums 和一个整数 k 。

找到 nums 中满足以下要求的最长子序列：

  • 子序列 严格递增
  • 子序列中相邻元素的差值 不超过 k 。

请你返回满足上述要求的 最长子序列 的长度。

子序列 是从一个数组中删除部分元素后，剩余元素不改变顺序得到的数组。

 

示例 1：

输入：nums = [4,2,1,4,3,4,5,8,15], k = 3
输出：5
解释：
满足要求的最长子序列是 [1,3,4,5,8] 。
子序列长度为 5 ，所以我们返回 5 。
注意子序列 [1,3,4,5,8,15] 不满足要求，因为 15 - 8 = 7 大于 3 。

示例 2：

输入：nums = [7,4,5,1,8,12,4,7], k = 5
输出：4
解释：
满足要求的最长子序列是 [4,5,8,12] 。
子序列长度为 4 ，所以我们返回 4 。

示例 3：

输入：nums = [1,5], k = 1
输出：1
解释：
满足要求的最长子序列是 [1] 。
子序列长度为 1 ，所以我们返回 1 。

 

提示：

  • 1 <= nums.length <= 105
  • 1 <= nums[i], k <= 105

解法

方法一：线段树

我们假设 $f[v]$ 表示以数字 $v$ 结尾的最长递增子序列的长度。

我们遍历数组 $nums$ 中的每个元素 $v$，有状态转移方程：$f[v] = \max(f[v], f[x])$，其中 $x$ 的取值范围是 $[v-k, v-1]$。

因此，我们需要一个数据结构，来维护区间的最大值，不难想到使用线段树。

线段树将整个区间分割为多个不连续的子区间，子区间的数量不超过 $log(width)$。更新某个元素的值，只需要更新 $log(width)$ 个区间，并且这些区间都包含在一个包含该元素的大区间内。

  • 线段树的每个节点代表一个区间；
  • 线段树具有唯一的根节点，代表的区间是整个统计范围，如 $[1,N]$；
  • 线段树的每个叶子节点代表一个长度为 $1$ 的元区间 $[x, x]$；
  • 对于每个内部节点 $[l,r]$，它的左儿子是 $[l,mid]$，右儿子是 $[mid+1,r]$, 其中 $mid = \left \lfloor \frac{l+r}{2} \right \rfloor$。

对于本题，线段树节点维护的信息是区间范围内的最大值。

时间复杂度 $O(n \times \log n)$。其中 $n$ 是数组 $nums$ 的长度。

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class Node:
    def __init__(self):
        self.l = 0
        self.r = 0
        self.v = 0


class SegmentTree:
    def __init__(self, n):
        self.tr = [Node() for _ in range(4 * n)]
        self.build(1, 1, n)

    def build(self, u, l, r):
        self.tr[u].l = l
        self.tr[u].r = r
        if l == r:
            return
        mid = (l + r) >> 1
        self.build(u << 1, l, mid)
        self.build(u << 1 | 1, mid + 1, r)

    def modify(self, u, x, v):
        if self.tr[u].l == x and self.tr[u].r == x:
            self.tr[u].v = v
            return
        mid = (self.tr[u].l + self.tr[u].r) >> 1
        if x <= mid:
            self.modify(u << 1, x, v)
        else:
            self.modify(u << 1 | 1, x, v)
        self.pushup(u)

    def pushup(self, u):
        self.tr[u].v = max(self.tr[u << 1].v, self.tr[u << 1 | 1].v)

    def query(self, u, l, r):
        if self.tr[u].l >= l and self.tr[u].r <= r:
            return self.tr[u].v
        mid = (self.tr[u].l + self.tr[u].r) >> 1
        v = 0
        if l <= mid:
            v = self.query(u << 1, l, r)
        if r > mid:
            v = max(v, self.query(u << 1 | 1, l, r))
        return v


class Solution:
    def lengthOfLIS(self, nums: List[int], k: int) -> int:
        tree = SegmentTree(max(nums))
        ans = 1
        for v in nums:
            t = tree.query(1, v - k, v - 1) + 1
            ans = max(ans, t)
            tree.modify(1, v, t)
        return ans

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class Solution {
    public int lengthOfLIS(int[] nums, int k) {
        int mx = nums[0];
        for (int v : nums) {
            mx = Math.max(mx, v);
        }
        SegmentTree tree = new SegmentTree(mx);
        int ans = 0;
        for (int v : nums) {
            int t = tree.query(1, v - k, v - 1) + 1;
            ans = Math.max(ans, t);
            tree.modify(1, v, t);
        }
        return ans;
    }
}

class Node {
    int l;
    int r;
    int v;
}

class SegmentTree {
    private Node[] tr;

    public SegmentTree(int n) {
        tr = new Node[4 * n];
        for (int i = 0; i < tr.length; ++i) {
            tr[i] = new Node();
        }
        build(1, 1, n);
    }

    public void build(int u, int l, int r) {
        tr[u].l = l;
        tr[u].r = r;
        if (l == r) {
            return;
        }
        int mid = (l + r) >> 1;
        build(u << 1, l, mid);
        build(u << 1 | 1, mid + 1, r);
    }

    public void modify(int u, int x, int v) {
        if (tr[u].l == x && tr[u].r == x) {
            tr[u].v = v;
            return;
        }
        int mid = (tr[u].l + tr[u].r) >> 1;
        if (x <= mid) {
            modify(u << 1, x, v);
        } else {
            modify(u << 1 | 1, x, v);
        }
        pushup(u);
    }

    public void pushup(int u) {
        tr[u].v = Math.max(tr[u << 1].v, tr[u << 1 | 1].v);
    }

    public int query(int u, int l, int r) {
        if (tr[u].l >= l && tr[u].r <= r) {
            return tr[u].v;
        }
        int mid = (tr[u].l + tr[u].r) >> 1;
        int v = 0;
        if (l <= mid) {
            v = query(u << 1, l, r);
        }
        if (r > mid) {
            v = Math.max(v, query(u << 1 | 1, l, r));
        }
        return v;
    }
}

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class Node {
public:
    int l;
    int r;
    int v;
};

class SegmentTree {
public:
    vector<Node*> tr;

    SegmentTree(int n) {
        tr.resize(4 * n);
        for (int i = 0; i < tr.size(); ++i) tr[i] = new Node();
        build(1, 1, n);
    }

    void build(int u, int l, int r) {
        tr[u]->l = l;
        tr[u]->r = r;
        if (l == r) return;
        int mid = (l + r) >> 1;
        build(u << 1, l, mid);
        build(u << 1 | 1, mid + 1, r);
    }

    void modify(int u, int x, int v) {
        if (tr[u]->l == x && tr[u]->r == x) {
            tr[u]->v = v;
            return;
        }
        int mid = (tr[u]->l + tr[u]->r) >> 1;
        if (x <= mid)
            modify(u << 1, x, v);
        else
            modify(u << 1 | 1, x, v);
        pushup(u);
    }

    void pushup(int u) {
        tr[u]->v = max(tr[u << 1]->v, tr[u << 1 | 1]->v);
    }

    int query(int u, int l, int r) {
        if (tr[u]->l >= l && tr[u]->r <= r) return tr[u]->v;
        int mid = (tr[u]->l + tr[u]->r) >> 1;
        int v = 0;
        if (l <= mid) v = query(u << 1, l, r);
        if (r > mid) v = max(v, query(u << 1 | 1, l, r));
        return v;
    }
};

class Solution {
public:
    int lengthOfLIS(vector<int>& nums, int k) {
        SegmentTree* tree = new SegmentTree(*max_element(nums.begin(), nums.end()));
        int ans = 1;
        for (int v : nums) {
            int t = tree->query(1, v - k, v - 1) + 1;
            ans = max(ans, t);
            tree->modify(1, v, t);
        }
        return ans;
    }
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func lengthOfLIS(nums []int, k int) int {
    mx := slices.Max(nums)
    tree := newSegmentTree(mx)
    ans := 1
    for _, v := range nums {
        t := tree.query(1, v-k, v-1) + 1
        ans = max(ans, t)
        tree.modify(1, v, t)
    }
    return ans
}

type node struct {
    l int
    r int
    v int
}

type segmentTree struct {
    tr []*node
}

func newSegmentTree(n int) *segmentTree {
    tr := make([]*node, n<<2)
    for i := range tr {
        tr[i] = &node{}
    }
    t := &segmentTree{tr}
    t.build(1, 1, n)
    return t
}

func (t *segmentTree) build(u, l, r int) {
    t.tr[u].l, t.tr[u].r = l, r
    if l == r {
        return
    }
    mid := (l + r) >> 1
    t.build(u<<1, l, mid)
    t.build(u<<1|1, mid+1, r)
    t.pushup(u)
}

func (t *segmentTree) modify(u, x, v int) {
    if t.tr[u].l == x && t.tr[u].r == x {
        t.tr[u].v = v
        return
    }
    mid := (t.tr[u].l + t.tr[u].r) >> 1
    if x <= mid {
        t.modify(u<<1, x, v)
    } else {
        t.modify(u<<1|1, x, v)
    }
    t.pushup(u)
}

func (t *segmentTree) query(u, l, r int) int {
    if t.tr[u].l >= l && t.tr[u].r <= r {
        return t.tr[u].v
    }
    mid := (t.tr[u].l + t.tr[u].r) >> 1
    v := 0
    if l <= mid {
        v = t.query(u<<1, l, r)
    }
    if r > mid {
        v = max(v, t.query(u<<1|1, l, r))
    }
    return v
}

func (t *segmentTree) pushup(u int) {
    t.tr[u].v = max(t.tr[u<<1].v, t.tr[u<<1|1].v)
}

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