循环不变量属性是一个条件，适用于循环执行的每一步。For循环，while循环，等等)

这对于循环不变证明是必不可少的，如果在执行的每一步都保持循环不变属性，则可以证明算法正确执行。

对于一个正确的算法，循环不变量必须保持在:

初始化(开始)

维护(之后的每一步)

终止(当它完成时)

这被用来计算很多东西，但最好的例子是加权图遍历的贪婪算法。对于贪心算法产生最优解(穿过图的路径)，它必须达到连接所有节点在最小权值路径可能。

因此，循环不变的性质是所选择的路径具有最小的权值。在开始时，我们没有添加任何边，所以这个属性为真(在这种情况下，它不是假的)。在每一步中，我们都遵循最小权值边(贪婪步)，所以我们再次采用最小权值路径。最后，我们找到了最小加权路径，所以我们的性质也是成立的。

如果一个算法不这样做，我们可以证明它不是最优的。

之前的回答已经很好地定义了循环不变量。

以下是CLRS的作者如何使用循环不变量来证明插入排序的正确性。

插入排序算法(见书):

INSERTION-SORT(A)
    for j ← 2 to length[A]
        do key ← A[j]
        // Insert A[j] into the sorted sequence A[1..j-1].
        i ← j - 1
        while i > 0 and A[i] > key
            do A[i + 1] ← A[i]
            i ← i - 1
        A[i + 1] ← key

循环不变量在这种情况下: 子数组[1到j-1]始终被排序。

现在让我们检查一下，证明这个算法是正确的。

初始化:在第一次迭代j=2之前。所以子数组[1:1]就是要测试的数组。因为它只有一个元素，所以它是有序的。这样不变性就被满足了。

维护:这可以通过在每次迭代后检查不变量来轻松验证。在这种情况下，它被满足了。

终止:这是我们将证明算法正确性的步骤。

当循环结束时，j=n+1。循环不变量再次被满足。这意味着子数组[1到n]应该排序。

这就是我们想用算法做的。因此，我们的算法是正确的。

在线性搜索(根据书中给出的练习)中，我们需要在给定的数组中找到值V。

它很简单，从0 <= k < length开始扫描数组并比较每个元素。如果找到V，或者扫描到数组的长度，就终止循环。

根据我对上述问题的理解-

循环不变量(初始化): 在k - 1迭代中找不到V。第一次迭代，这是-1因此我们可以说V不在-1位置

保养: 在下一次迭代中，V不在k-1中成立

Terminatation: 如果V位于k个位置，或者k达到数组的长度，则终止循环。

简单地说，它是一个循环条件，在每次循环迭代中都为真:

for(int i=0; i<10; i++)
{ }

在这里，我们可以说i的状态是i<10并且i>=0

除了这些不错的答案，我想Jeff Edmonds在《如何思考算法》(How to Think About Algorithms)中举的一个很好的例子可以很好地说明这个概念:

EXAMPLE 1.2.1 "The Find-Max Two-Finger Algorithm" 1) Specifications: An input instance consists of a list L(1..n) of elements. The output consists of an index i such that L(i) has maximum value. If there are multiple entries with this same value, then any one of them is returned. 2) Basic Steps: You decide on the two-finger method. Your right finger runs down the list. 3) Measure of Progress: The measure of progress is how far along the list your right finger is. 4) The Loop Invariant: The loop invariant states that your left finger points to one of the largest entries encountered so far by your right finger. 5) Main Steps: Each iteration, you move your right finger down one entry in the list. If your right finger is now pointing at an entry that is larger then the left finger’s entry, then move your left finger to be with your right finger. 6) Make Progress: You make progress because your right finger moves one entry. 7) Maintain Loop Invariant: You know that the loop invariant has been maintained as follows. For each step, the new left finger element is Max(old left finger element, new element). By the loop invariant, this is Max(Max(shorter list), new element). Mathe- matically, this is Max(longer list). 8) Establishing the Loop Invariant: You initially establish the loop invariant by point- ing both fingers to the first element. 9) Exit Condition: You are done when your right finger has finished traversing the list. 10) Ending: In the end, we know the problem is solved as follows. By the exit condi- tion, your right finger has encountered all of the entries. By the loop invariant, your left finger points at the maximum of these. Return this entry. 11) Termination and Running Time: The time required is some constant times the length of the list. 12) Special Cases: Check what happens when there are multiple entries with the same value or when n = 0 or n = 1. 13) Coding and Implementation Details: ... 14) Formal Proof: The correctness of the algorithm follows from the above steps.

值得注意的是，循环不变量可以帮助迭代算法的设计，因为它被认为是一个断言，表示变量之间的重要关系，在每次迭代开始时和循环结束时，这些关系必须为真。如果这是成立的，计算是在有效的道路上。如果为false，则算法失败。