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C++怎么用分治法求解数组中的逆序对数量

阿宇姑娘_6006

阿宇姑娘_6006

发布时间:2026-10-26 12:48:48

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来源于php中文网

原创

分治法求逆序对的核心思路是:将数组递归二分,先统计左右子区间内部逆序对,再在合并两个有序子数组时,当左段元素nums[i] > nums[j](右段),立即累加mid−i+1个跨区间逆序对,利用有序性实现O(n)批量统计,最终时间复杂度为O(n log n)。

c++怎么用分治法求解数组中的逆序对数量

分治法求逆序对的核心思路是什么

逆序对的本质是:对于数组 nums[i] > nums[j] 且 i 。暴力双重循环是 <code>O(n²),而分治(归并排序改造)能降到 O(n log n)——关键在于:**在归并两个已排序子数组时,左半部分的某个元素 nums[i] 如果大于右半部分的 nums[j],那么它必然大于从 j 开始的所有右半元素**。

所以不是“数每一对”,而是“数贡献”:当 nums[i] > nums[j] 成立时,直接累加 mid - i + 1(即左半中从 i 到末尾的元素个数),因为它们都比 nums[j] 大,且下标更小。

归并过程中怎么安全统计逆序对数量

必须在归并的 比较阶段 统计,不能在复制或合并后补算;且只在「左元素大于右元素」时触发累加,其他情况不处理。

  • 用一个全局或引用传入的 long long &inv_count 累加,避免整型溢出(n=5e4 时逆序对最多约 1.25e9,但极端情况可能超 int)
  • 递归边界为 left >= right,单元素无逆序对
  • 归并时,若 nums[i] ,正常取左;若 <code>nums[i] > nums[j],取右,并执行 inv_count += mid - i + 1
  • 注意:必须用临时数组做归并,不能原地覆盖,否则破坏原始顺序影响上层统计
void merge(vector<int>& nums, int left, int mid, int right, long long& inv_count) {
    vector<int> temp(right - left + 1);
    int i = left, j = mid + 1, k = 0;
    while (i <= mid && j <= right) {
        if (nums[i] <= nums[j]) {
            temp[k++] = nums[i++];
        } else {
            temp[k++] = nums[j++];
            inv_count += mid - i + 1; // 关键:左半剩余元素全构成逆序对
        }
    }
    while (i <= mid) temp[k++] = nums[i++];
    while (j <= right) temp[k++] = nums[j++];
    for (i = left, k = 0; i <= right; ++i, ++k) nums[i] = temp[k];
}

递归实现时容易漏掉哪些边界和细节

常见错误不是逻辑错,而是下标越界、统计时机错、数据类型错:

C++14
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C++14 对 C++11 的修正与增强版本,适合旧系统维护和较老工具链兼容。

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  • mid 计算写成 (left + right) / 2 没问题,但推荐 left + (right - left) / 2 防止 int 溢出(虽本题 n ≤ 5e4 不会溢出,但习惯要养)
  • 递归调用顺序必须是:先左右子区间各自统计,再归并时统计跨区逆序对;漏掉任一子调用,结果就少一半
  • 归并函数里 inv_count += mid - i + 1 的 +1 容易遗漏,导致少算一个(比如 i == mid 时,只剩 1 个元素,应加 1)
  • 主函数入口要传原始数组副本,或确保输入可修改;若需保持原数组不变,得先 vector<int> aux = nums</int>

为什么不能用快排或堆排改写来求逆序对

快排划分过程无法保证「左侧下标一定小于右侧下标」,交换操作会打乱原始位置关系,无法可靠累计跨段逆序;堆排更无天然的分段有序结构。只有归并排序在合并前保证左右子数组各自有序,且合并过程天然按原下标顺序扫描,才能无损捕获所有 i<j> 且 <code>nums[i]>nums[j] 的组合。

另外,STL 的 std::inplace_merge 虽能简化归并,但它不暴露比较过程,无法插入统计逻辑,所以必须手写归并逻辑。

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