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C++如何利用动态规划求解最长递增子序列(LIS)

云丽姑娘_5968

云丽姑娘_5968

发布时间:2026-07-25 14:43:07

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来源于php中文网

原创

因为dp[i]定义为“以nums[i]结尾的最长递增子序列长度”,才能确保状态可转移:j<i时dp[j]可直接用于更新dp[i],若定义为前i个元素的全局LIS,则末尾不匹配,无法安全转移;初始值为1,需双重循环遍历j∈[0,i−1]且满足nums[j]<nums[i]时更新dp[i]=max(dp[i],dp[j]+1),最终答案为dp数组最大值。

c++如何利用动态规划求解最长递增子序列(lis)

为什么 dp[i] 定义成“以 nums[i] 结尾的最长递增子序列长度”是关键

因为只有这样,状态才能被后续位置复用:dp[j](j < i)可直接参与转移,而若定义为“前 i 个元素的 LIS 长度”,就无法保证末尾对齐,没法安全转移。

常见错误是把 dp[i] 当成全局最优,结果在更新时漏掉“必须以当前元素结尾”这一约束,导致转移逻辑错乱。

  • dp[i] 初始值设为 1(每个元素自身构成长度为 1 的递增子序列)
  • 对每个 i,需遍历所有 j < i,仅当 nums[j] < nums[i] 时才考虑 dp[j] + 1
  • 最终答案不是 dp[n-1],而是 max(dp[0], dp[1], ..., dp[n-1])

如何写出正确且易读的 O(n²) DP 循环

核心是两层嵌套:外层定终点 i,内层找合法前驱 j。顺序不能反,否则 dp[j] 还没算好。

vector<int> dp(n, 1);
for (int i = 1; i < n; ++i) {
    for (int j = 0; j < i; ++j) {
        if (nums[j] < nums[i]) {
            dp[i] = max(dp[i], dp[j] + 1);
        }
    }
}
int ans = *max_element(dp.begin(), dp.end());

注意:dp[i] 只依赖更小下标的 dp[j],所以从左到右扫描安全;但若数组为空,要提前判 n == 0,否则 max_element 行为未定义。

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为什么 lower_bound 能把时间优化到 O(n log n)

本质是维护一个“可能成为某长度 LIS 结尾的最小值”数组 —— 它天然有序,支持二分。每次用 nums[i] 去替换第一个 ≥ 它的数,等价于“尝试延长某个已有长度的序列,或更新该长度的结尾下界”。

  • 不存完整子序列,只存每个长度对应的最小结尾值,数组严格递增
  • lower_bound(tails.begin(), tails.end(), nums[i]) 找到第一个不能接在 nums[i] 后面的位置
  • 若找到末尾,则 push_back;否则直接覆盖该位置,保持数组长度不变但结尾更小
  • 最终 tails.size() 就是 LIS 长度(但 tails 不是实际子序列)

容易被忽略的边界和类型细节

用 vector<int> 存 tails 时,lower_bound 返回的是迭代器,别忘了减 begin() 转成下标;若用 int 存长度,遇到空输入要返回 0,而不是访问 tails[0]。

另外,C++ 中 lower_bound 要求容器已排序,而我们每次插入/覆盖都维持了单调性,所以没问题;但若误用 upper_bound,会破坏贪心策略 —— 因为我们要找的是“第一个不允许接续的位置”,不是“第一个严格大于的位置”。

真正难的不是写对模板,而是理解 tails[k] 的含义:它不代表某个真实子序列的第 k 个元素,而是所有长度为 k+1 的递增子序列中,最小可能的结尾值。

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