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C++如何求解最长递增子序列(LIS)并打印路径

梦丽大大_4018

梦丽大大_4018

发布时间:2026-11-05 14:44:36

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来源于php中文网

原创

用std::lower_bound求LIS长度为O(n log n),核心是维护tail数组存各长度递增子序列的最小末尾;还原路径需额外记录prev和tail_idx数组,从tail_idx末尾沿prev反向追踪并反转即得一条合法LIS。

c++如何求解最长递增子序列(lis)并打印路径

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

直接求长度不难,关键是避免 O(n²) 的朴素 DP。核心是维护一个「当前能构成的最短递增末尾数组」:tail[i] 表示长度为 i+1 的递增子序列中最小的末尾值。遍历每个数 x,用 std::lower_bound 找到第一个 ≥ x 的位置并替换——这保证了 tail 始终单调递增,且每步更新都保持最优性。

注意:这个过程只得到长度,tail 数组本身不是解路径,不能直接输出。

  • tail 初始为空,对每个 x,auto it = std::lower_bound(tail.begin(), tail.end(), x)
  • 若 it == tail.end(),则 tail.push_back(x);否则 *it = x
  • 最终 tail.size() 就是 LIS 长度

如何反向还原 LIS 路径(关键难点)

仅靠 tail 无法还原路径,必须在正向扫描时额外记录每个位置的「前驱索引」。常见错误是试图从 tail 逆推,但 tail 中的值可能来自不同原始位置,且被多次覆盖。

正确做法:开两个辅助数组:prev[i] 存位置 i 在 LIS 中的前一个元素下标,tail_idx[i] 存长度为 i+1 的子序列末尾在原数组中的真实下标。每次在 tail 中更新某个位置时,同步更新 tail_idx 和 prev:

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  • 若插入新长度(it == tail.end()),则 prev[i] = tail_idx.back()(上一长度末尾)
  • 否则,prev[i] = tail_idx[it - tail.begin() - 1](前一长度末尾)
  • 同时更新 tail_idx[it - tail.begin()] = i

最后从 tail_idx.back() 开始,沿 prev 链表倒推即可得路径。

完整可运行示例(含路径打印)

#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iostream>
<p>std::vector<int> lis_with_path(const std::vector<int>& nums) {
if (nums.empty()) return {};</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>int n = nums.size();
std::vector<int> tail, tail_idx, prev(n, -1);

for (int i = 0; i < n; ++i) {
    auto it = std::lower_bound(tail.begin(), tail.end(), nums[i]);
    int pos = it - tail.begin();

    if (it == tail.end()) {
        tail.push_back(nums[i]);
        if (!tail_idx.empty()) {
            prev[i] = tail_idx.back();
        }
        tail_idx.push_back(i);
    } else {
        *it = nums[i];
        tail_idx[pos] = i;
        if (pos > 0) {
            prev[i] = tail_idx[pos - 1];
        }
    }
}

// 反向构造路径
std::vector<int> path;
int cur = tail_idx.back();
while (cur != -1) {
    path.push_back(nums[cur]);
    cur = prev[cur];
}
std::reverse(path.begin(), path.end());
return path;

}

// 使用示例 int main() { std::vector a = {10, 9, 2, 5, 3, 7, 101, 18}; auto res = lis_with_path(a); // 输出: 2 3 7 18 或 2 3 7 101(任一合法 LIS) for (int x : res) std::cout

容易被忽略的边界和细节

路径还原依赖 prev 和 tail_idx 的严格同步,漏掉一次赋值就会断链。特别注意:

  • 当 tail 长度为 1 时,prev[i] 应保持为 -1(无前驱),不能误设
  • std::lower_bound 是找「≥」,若需严格递增(不允许相等),应改用 std::upper_bound 并配合调整逻辑
  • 输入含重复值时,LIS 定义决定行为——标准 LIS 要求严格递增,所以 [2,2] 的 LIS 长度是 1,不是 2
  • 还原路径时,tail_idx 存的是下标而非值,错当成值会导致越界或乱序

路径不唯一,算法输出的是按最后出现位置构造的一条可行解,不保证字典序最小或最大。

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