下面是O(n^2)算法的Scala实现:

object Solve {
  def longestIncrSubseq[T](xs: List[T])(implicit ord: Ordering[T]) = {
    xs.foldLeft(List[(Int, List[T])]()) {
      (sofar, x) =>
        if (sofar.isEmpty) List((1, List(x)))
        else {
          val resIfEndsAtCurr = (sofar, xs).zipped map {
            (tp, y) =>
              val len = tp._1
              val seq = tp._2
              if (ord.lteq(y, x)) {
                (len + 1, x :: seq) // reversely recorded to avoid O(n)
              } else {
                (1, List(x))
              }
          }
          sofar :+ resIfEndsAtCurr.maxBy(_._1)
        }
    }.maxBy(_._1)._2.reverse
  }

  def main(args: Array[String]) = {
    println(longestIncrSubseq(List(
      0, 8, 4, 12, 2, 10, 6, 14, 1, 9, 5, 13, 3, 11, 7, 15)))
  }
}

好的，我先描述最简单的解也就是O(N²)N是集合的大小。还有一个O(N log N)解，我也会讲到。在高效算法一节中可以找到。

我假设数组的下标从0到N - 1。因此，让我们定义DP[i]为LIS(最长递增子序列)的长度，它结束于索引为i的元素。为了计算DP[i]，我们查看所有索引j < i，并检查DP[j] + 1 > DP[i]和array[j] < array[i](我们希望它是递增的)。如果这是真的，我们可以更新DP[i]的当前最优值。要找到数组的全局最优值，您可以从DP[0…]N - 1]。

int maxLength = 1, bestEnd = 0;
DP[0] = 1;
prev[0] = -1;

for (int i = 1; i < N; i++)
{
   DP[i] = 1;
   prev[i] = -1;

   for (int j = i - 1; j >= 0; j--)
      if (DP[j] + 1 > DP[i] && array[j] < array[i])
      {
         DP[i] = DP[j] + 1;
         prev[i] = j;
      }

   if (DP[i] > maxLength)
   {
      bestEnd = i;
      maxLength = DP[i];
   }
}

我使用数组prev是为了以后能够找到实际的序列，而不仅仅是它的长度。只需在循环中使用prev[bestEnd]从bestEnd递归返回。-1值是停止的标志。

好了，现在来看更有效的O(nlog N)解:

设S[pos]定义为长度为pos的递增序列结束的最小整数。现在遍历输入集的每个整数X，并执行以下操作:

如果X >是S中的最后一个元素，那么将X附加到S的末尾，这本质上意味着我们已经找到了一个新的最大的LIS。 否则，找到S中最小的元素，即>= X，并将其改为X。 因为S在任何时候都是排序的，所以可以使用log(N)的二分搜索来找到元素。

总运行时间- N个整数，并对每个整数进行二进制搜索- N * log(N) = O(N log N)

现在我们来做一个真实的例子:

整数的集合: 2 6 3 4 1 2 9 5 8

步骤:

0. S = {} - Initialize S to the empty set
1. S = {2} - New largest LIS
2. S = {2, 6} - New largest LIS
3. S = {2, 3} - Changed 6 to 3
4. S = {2, 3, 4} - New largest LIS
5. S = {1, 3, 4} - Changed 2 to 1
6. S = {1, 2, 4} - Changed 3 to 2
7. S = {1, 2, 4, 9} - New largest LIS
8. S = {1, 2, 4, 5} - Changed 9 to 5
9. S = {1, 2, 4, 5, 8} - New largest LIS

所以LIS的长度是5 (S的大小)。

为了重建实际的LIS，我们将再次使用父数组。 设parent[i]是LIS中索引为i的元素的前身，该元素以索引为i的元素结束。

为了使事情更简单，我们可以在数组S中保留不是实际的整数，而是它们在集合中的下标(位置)。我们不保留{1,2,4,5,8}，而是保留{4,5,3,7,8}。

即输入[4]= 1，输入[5]= 2，输入[3]= 4，输入[7]= 5，输入[8]= 8。

如果我们正确地更新父数组，实际的LIS是:

input[S[lastElementOfS]], 
input[parent[S[lastElementOfS]]],
input[parent[parent[S[lastElementOfS]]]],
........................................

现在重要的是，我们如何更新父数组?有两种选择:

如果X >是S中的最后一个元素，那么parent[indexX] = indexLastElement。这意味着最新元素的父元素是最后一个元素。我们只是在S的末尾加上X。 否则，找到S中最小元素的索引>= than X，并将其更改为X。这里parent[indexX] = S[index - 1]。

求最长递增子序列的O(NLog(N))方法 让我们维护一个数组，其中第i个元素是一个大小为i的子序列可以结束的最小的数字。

我故意避免进一步的细节，因为投票最多的答案已经解释了它，但这种技术最终导致使用set数据结构的整洁实现(至少在c++中)。

下面是c++中的实现(假设需要严格增加最长子序列的大小)

#include <bits/stdc++.h> // gcc supported header to include (almost) everything
using namespace std;
typedef long long ll;

int main()
{
  ll n;
  cin >> n;
  ll arr[n];
  set<ll> S;

  for(ll i=0; i<n; i++)
  {
    cin >> arr[i];
    auto it = S.lower_bound(arr[i]);
    if(it != S.end())
      S.erase(it);
    S.insert(arr[i]);
  }

  cout << S.size() << endl; // Size of the set is the required answer

  return 0;
}

这是一个O(n²)的Java实现。我只是没有使用二分搜索来找到S中最小的元素，它是>= than x，我只是使用了一个for循环。使用二分搜索将使复杂度为O(n logn)

public static void olis(int[] seq){

    int[] memo = new int[seq.length];

    memo[0] = seq[0];
    int pos = 0;

    for (int i=1; i<seq.length; i++){

        int x = seq[i];

            if (memo[pos] < x){ 
                pos++;
                memo[pos] = x;
            } else {

                for(int j=0; j<=pos; j++){
                    if (memo[j] >= x){
                        memo[j] = x;
                        break;
                    }
                }
            }
            //just to print every step
            System.out.println(Arrays.toString(memo));
    }

    //the final array with the LIS
    System.out.println(Arrays.toString(memo));
    System.out.println("The length of lis is " + (pos + 1));

}

这是我的Leetcode解决方案使用二进制搜索:->

class Solution:
    def binary_search(self,s,x):
        low=0
        high=len(s)-1
        flag=1
        while low<=high:
              mid=(high+low)//2
              if s[mid]==x:
                 flag=0
                 break
              elif s[mid]<x:
                  low=mid+1
              else:
                 high=mid-1
        if flag:
           s[low]=x
        return s

    def lengthOfLIS(self, nums: List[int]) -> int:
         if not nums:
            return 0
         s=[]
         s.append(nums[0])
         for i in range(1,len(nums)):
             if s[-1]<nums[i]:
                s.append(nums[i])
             else:
                 s=self.binary_search(s,nums[i])
         return len(s)

c++中最简单的LIS解决方案，具有O(nlog(n))时间复杂度

#include <iostream>
#include "vector"
using namespace std;

// binary search (If value not found then it will return the index where the value should be inserted)
int ceilBinarySearch(vector<int> &a,int beg,int end,int value)
{
    if(beg<=end)
    {
        int mid = (beg+end)/2;
        if(a[mid] == value)
            return mid;
        else if(value < a[mid])
            return ceilBinarySearch(a,beg,mid-1,value);
        else
            return ceilBinarySearch(a,mid+1,end,value);

    return 0;
    }

    return beg;

}
int lis(vector<int> arr)
{
    vector<int> dp(arr.size(),0);
    int len = 0;
    for(int i = 0;i<arr.size();i++)
    {
        int j = ceilBinarySearch(dp,0,len-1,arr[i]);
        dp[j] = arr[i];
        if(j == len)
            len++;

    }
    return len;
}

int main()
{
    vector<int> arr  {2, 5,-1,0,6,1,2};
    cout<<lis(arr);
    return 0;
}

输出: 4