Java 中最长等差数列

2024 年 9 月 10 日 | 阅读 8 分钟

给定一个数组 arr[],任务是找出数组中最长的算术递增序列的长度。

示例 1

输入: int arr[] = {30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140};

输出 12

解释: 数字序列 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140 构成算术递增序列,公差为 10,序列中总共有 12 个数字。

示例 2

输入: int arr[] = {15, 7, 20, 9, 14, 15, 25, 30, 90, 100, 35, 40};

输出 6

解释: 数字序列 15, 20, 25, 30, 35, 40 构成算术递增序列,公差为 5,序列中总共有 6 个数字。

让我们讨论解决这个问题的各种方法。

朴素方法

最简单或朴素的方法是逐一考虑每对元素,并将该对的元素视为算术递增序列的第一个(假设前两个元素是:a1 和 a2)。使用前两个元素,我们可以得到公差(a2 - a1)。使用这个公差,我们可以得到算术递增序列的后续元素。在查找后续元素的同时,我们还可以记录该算术递增序列的元素计数(countEle)。我们将为每对查找此计数(countEle),然后进行比较以找到最长的算术递增序列。请看以下程序。

文件名: LongestArithmeticProgression.java

输出

For the following array: 
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 

The length of the longest arithmetic progression sequence is: 12


For the following array: 
15 7 20 9 14 15 25 30 90 100 35 40 

The length of the longest arithmetic progression sequence is: 6

复杂度分析: 在上述程序中,嵌套了三个 for 循环。因此,该程序的时间复杂度为 O(n3),其中 n 是输入数组中存在的元素总数。该程序空间复杂度是常数,即 O(1)。

由于程序 O(n3) 的时间复杂度太高,需要通过一些优化来降低时间复杂度。以下方法展示了这一点。

动态规划方法

文件名: LongestArithmeticProgression1.java

输出

For the following array: 
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 

The length of the longest arithmetic progression sequence is: 12

For the following array: 
15 7 20 9 14 15 25 30 90 100 35 40 

The length of the longest arithmetic progression sequence is: 6

复杂度分析: 在上述程序中,嵌套了两个 for 循环。因此,该程序的时间复杂度为 O(n2),其中 n 是输入数组中存在的元素总数。我们还使用了二维数组,使得程序的空间复杂度为 O(n2)。

甚至,我们可以进行更多的优化来减少空间复杂度。以下方法展示了这一点。

使用双指针方法

在此方法中,我们将固定算术递增序列的中间元素,并尝试找出该序列的前一个和后一个元素。这将通过两个指针来完成。但是,在此之前,我们还需要对数组进行排序。因为如果给定的数组未排序,双指针方法将不起作用。

文件名: LongestArithmeticProgression2.java

输出

For the following array: 
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 

The length of the longest arithmetic progression sequence is: 12


For the following array: 
15 7 20 9 14 15 25 30 90 100 35 40 

The length of the longest arithmetic progression sequence is: 6

复杂度分析: 时间复杂度与上面相同。但是,我们只使用了一维数组来完成任务。因此,我们将空间复杂度降低到 O(n),其中 n 是输入数组中存在的元素总数。