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C++如何求解带权重的区间调度问题

风磊君_4127

风磊君_4127

发布时间:2026-07-26 14:22:25

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来源于php中文网

原创

带权重的区间调度问题是选择互不重叠区间使总权重最大,属典型动态规划问题;贪心失效,需按结束时间排序后定义dp[i]为前i+1个区间的最大权重和,状态转移通过线性查找兼容前驱实现O(n²)解法。

c++如何求解带权重的区间调度问题

什么是带权重的区间调度问题

它不是简单选最多不重叠区间,而是每个区间 [start, end) 带一个权重 weight,目标是选出互不重叠的子集,使总权重最大。这是典型的动态规划问题,贪心策略(如按结束时间排序后贪心)在这里失效——因为高权重的长区间可能“挡住”多个低权重短区间,反而更优。

如何用 DP 实现 O(n²) 解法

核心思路:对所有区间按 end 升序排序,定义 dp[i] 表示考虑前 i+1 个区间时的最大权重和。状态转移依赖于“最后一个选中的区间”能否与当前区间兼容。

关键操作是:对每个 i,找最大的 j ,使得 <code>intervals[j].end 。可用线性扫描或二分查找加速。

示例代码片段(C++17):

C++ Code Review Master
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sort(intervals.begin(), intervals.end(), [](const auto& a, const auto& b) {
    return a.end < b.end;
});
vector<int> dp(n, 0);
dp[0] = intervals[0].weight;
for (int i = 1; i < n; ++i) {
    int include = intervals[i].weight;
    int j = i - 1;
    while (j >= 0 && intervals[j].end > intervals[i].start) --j;
    if (j >= 0) include += dp[j];
    dp[i] = max(dp[i-1], include);
}
  • 注意 intervals 是自定义结构体,含 start、end、weight
  • 这里用的是线性找前驱,复杂度 O(n²);若改用 lower_bound 配合预存 end 数组,可压到 O(n log n)
  • 别忘了初始化 dp[0],否则 dp[i-1] 在 i=0 会越界

为什么不能直接用 std::lower_bound 在原 vector 上二分

因为 std::lower_bound 要求容器按查找键有序,而你查的是 intervals[j].end ,即需在 <code>end 值序列上查第一个 ≥ intervals[i].start 的位置。但原 intervals 是按 end 排的,所以可以提取 ends 数组:

vector<int> ends;
for (const auto& x : intervals) ends.push_back(x.end);
// 然后对每个 i:
int pos = lower_bound(ends.begin(), ends.end(), intervals[i].start) - ends.begin();
int j = pos - 1; // 最大合法前驱索引
  • 必须用 pos - 1,不是 pos:因为我们要 end ,而非 <code>end >= start
  • 若 pos == 0,说明没有合法前驱,此时 j = -1,对应 “不加任何前置区间”
  • 别把 ends 和 intervals 索引搞混——它们严格对齐,所以 j 可直接用于 dp[j]

重构为结构化函数时容易漏掉的边界

写成独立函数(如 int weightedIntervalScheduling(const vector<Interval>& intervals))时,最常出错的是空输入和单元素输入处理:

  • 输入为空 → 返回 0,不是崩溃或未定义行为
  • 输入只有一个区间 → 直接返回其 weight,不能跳进循环导致越界
  • 区间本身无效(start > end)要提前过滤,否则排序后逻辑错乱
  • 权重为负?题目通常假设非负,但若允许负值,DP 初始化和转移需额外判断——默认解法不处理负权

实际工程中,建议用 vector<tuple<int,int,int>> 或结构体 + explicit 构造,避免字段顺序误用。权重类型也建议显式用 long long,防止累加溢出。

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