C++最长递增子序列LIS怎么用二分贪心优化到O(nlogn)

冬强大大_3313

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2026-10-06

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原创

o(n²)朴素dp在大数据上卡顿,因每个i需遍历所有j

c++最长递增子序列lis怎么用二分贪心优化到o(nlogn)

为什么朴素DP的O(n²)会卡在大数据上

因为对每个位置 i,都要扫前面所有 j 找满足 <code>nums[j] 的最大 <code>dp[j],当 n 到 1e5 时,操作量接近 10¹⁰,C++ 都扛不住。

核心思路:维护一个“可能的最小末尾”数组

不存所有可能的子序列,只存长度为 k 的递增子序列中,末尾元素最小的那个值 —— 记为 tail[k]。这个数组天然单调递增(可证),所以能二分。

遍历 nums[i] 时:

  • 如果 nums[i] > tail.back(),直接追加:tail.push_back(nums[i])
  • 否则,在 tail 中找第一个 ≥ nums[i] 的位置(lower_bound),用 nums[i] 替换它

注意:替换不是破坏解,而是让后续更小的数有机会接上,保持“长度不变但末尾更小”的贪心性质。

vector<int> tail;
for (int x : nums) {
    auto it = lower_bound(tail.begin(), tail.end(), x);
    if (it == tail.end()) tail.push_back(x);
    else *it = x;
}
return tail.size();</int>

为什么用 lower_bound 而不是 upper_bound

tail 存的是严格递增序列,我们要找第一个「不允许接在它后面」的位置(即 tail[k] >= x),这样才能保证替换后仍维持严格递增。用 upper_bound 会漏掉相等的情况,导致错误地延长长度。

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比如 nums = [1,1,1,1],tail 最终应为 [1](LIS 长度是 1),若误用 upper_bound,可能把新 1 插到末尾,变成 [1,1],错。

不能直接还原具体子序列?那怎么输出路径

当前方法只求长度,tail 数组本身不是真实子序列(中间被多次覆盖)。要还原路径,得额外维护:

  • parent[i]:记录 nums[i] 在 LIS 中的前驱下标
  • pos[x]:记录长度为 x 的子序列末尾在原数组中的下标

每次在 tail 中二分定位时,同步更新 parent[i] = pos[len-1](len 是插入后的新长度减 1)。空间和逻辑开销明显上升,实际中如无必要,别硬套。

真正容易被忽略的是:这个算法求出的长度绝对正确,但 tail 数组只反映“构造过程”,不是答案本身;想调试时打印 tail 看中间状态没问题,但千万别把它当结果子序列去交题。

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