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C++怎么实现最长递增子序列

老磊姑娘_6390

老磊姑娘_6390

发布时间:2026-10-28 12:31:07

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来源于php中文网

原创

std::lower_bound可实现O(n log n)严格递增LIS长度计算,维护最小末尾数组并二分替换首个≥当前数位置,避免upper_bound导致重复元素误入;输入{10,9,2,5,3,7,101,18}得长度4。

c++怎么实现最长递增子序列

用 std::lower_bound 实现 O(n log n) 的 LIS 长度计算

直接求最长递增子序列(LIS)长度,不用还原具体序列时,std::lower_bound 是最实用的选择。它维护一个「可能的最小末尾数组」,每次用二分替换掉第一个 ≥ 当前数的位置,保证数组始终单调递增且尽可能“紧凑”。

常见错误是误用 std::upper_bound —— 它会导致重复元素被错误接纳,破坏严格递增语义;严格递增必须用 lower_bound。

  • 输入数组为 nums = {10, 9, 2, 5, 3, 7, 101, 18},最终维护的辅助数组可能是 {2, 3, 7, 18}(长度 4),但该数组不一定是真实子序列,仅长度准确
  • 时间复杂度稳定 O(n log n),空间 O(n);比暴力 DP 的 O(n²) 快得多,尤其适合 n > 1e4 的场景
  • 注意:该方法只适用于「严格递增」(a[i] )。若需「非递减」(允许相等),应改用 <code>upper_bound
vector<int> tails;
for (int x : nums) {
    auto it = lower_bound(tails.begin(), tails.end(), x);
    if (it == tails.end()) tails.push_back(x);
    else *it = x;
}
return tails.size();

还原具体的 LIS 路径需要额外记录 parent 和 index

只算长度容易,但面试或调试时常需返回任意一个最长递增子序列(比如 {2, 3, 7, 18})。这时不能只靠 tails 数组,必须在构建过程中同步记录每个位置的前驱索引。

关键点在于:每次更新 tails 中某个位置时,要记下「谁导致了这次更新」——即当前元素在原数组中的下标,以及它接在哪个已有元素之后。

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  • 声明两个辅助数组:prev[i] 表示 nums[i] 在 LIS 中的前一个元素下标,初始为 -1;tail_indices[k] 记录长度为 k+1 的 LIS 的末尾元素在 nums 中的下标
  • 每次调用 lower_bound 得到插入位置 pos 后,若 pos > 0,则 prev[i] = tail_indices[pos-1]
  • 最后从 tail_indices.back() 开始,沿 prev 链表反向构造结果(记得 reverse)

DP 做法(O(n²))适合小数据或需要所有 LIS 变种时用

当 n ≤ 5000 或你需要统计 LIS 个数、求字典序最小的 LIS、或处理带权版本时,传统 DP 更灵活。核心状态是 dp[i] 表示以 nums[i] 结尾的最长递增子序列长度。

容易踩的坑是内层循环边界写成 j 却忘了判断 <code>nums[j] ,导致非递增也被计入;还有人把初始化全设为 0,实际应全为 1(单个元素本身构成长度为 1 的序列)。

  • 状态转移:dp[i] = max(dp[i], dp[j] + 1),仅当 nums[j]
  • 若还需路径,同步维护 parent[i] = j 即可
  • 注意:该 DP 不保证全局最长序列一定以最后一个元素结尾,所以答案是 *max_element(dp.begin(), dp.end())

LeetCode 300 题默认要求的是长度,别自己加戏去还原序列

很多初学者看到「最长递增子序列」就默认要输出数组,但 LeetCode 第 300 题明确只要求返回长度。用 lower_bound 方法 5 行搞定,硬上 DP 或试图还原路径反而增加出错概率和运行时间。

真正需要路径的场景其实有限:调试验证、可视化、或题目明确说「返回任意一个」。否则优先选简洁、高效、不易错的长度解法。

最易被忽略的一点是:输入为空时,tails 初始化为空 vector,循环不执行,直接返回 0 —— 这个边界天然正确,不必特判,但有人会多此一举加 if (nums.empty()) return 0;,纯属冗余。

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