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C++怎么实现记忆化搜索_C++递归优化教程【提速】

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2026-02-26 14:53:17

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来源于php中文网

原创

递归慢主因是重复计算子问题,记忆化通过缓存有限参数组合的结果来消除指数级冗余;关键前提是参数组合有限且纯函数式,需正确初始化、查询与存储缓存,避免漏return或误用容器。

c++怎么实现记忆化搜索_c++递归优化教程【提速】

为什么递归慢?不是递归本身,是重复算

记忆化搜索不是给递归“加个缓存”就完事,而是砍掉指数级重复子问题。比如 fib(40) 普通递归调用超 2 亿次,但不同输入最多就 41 种——其余全是白算。

关键判断:只要递归函数的参数组合有限、且相同参数总会返回相同结果,就适合加记忆化。

  • 常见场景:dfs(i, j) 在二维网格路径计数、knapsack(pos, weight) 背包、字符串区间 dp(l, r)
  • 不能乱加:如果参数里有指针、全局状态、随机数、时间戳,缓存会失效或出错
  • 性能影响:空间换时间,最坏多占 O(状态数) 内存;但避免栈爆炸比盲目剪枝更可靠

怎么写记忆化?三步封住重复入口

核心动作就三件事:声明缓存、查缓存、存结果。别绕弯,C++ 里最稳的是用 std::map 或数组,别一上来就上 unordered_map ——哈希冲突在小规模状态里反而拖慢。

  • 用数组最快:如果参数范围明确(如 i ∈ [0,100],j ∈ [0,100]),直接 int memo[101][101],初始化为一个非法值(如 -1
  • std::map 更安全:参数类型复杂时,比如 map<pair>, int></pair>(i,j) → 结果,查前先 if (memo.count({i,j})) return memo[{i,j}]
  • 别在递归入口外初始化缓存:每次调用都清空,否则多组测试用例会串数据;推荐局部静态变量或传参进去

示例(斐波那契):

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

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int fib(int n, vector<int>& memo) {
    if (n < 2) return n;
    if (memo[n] != -1) return memo[n];
    memo[n] = fib(n-1, memo) + fib(n-2, memo);
    return memo[n];
}
// 调用前:vector<int> memo(41, -1);

递归爆栈?不是深度问题,是没剪枝+没优化返回路径

记忆化本身不减少递归深度,只减少调用次数。但很多人加了记忆化还爆栈,是因为忘了两个硬约束:

  • 递归深度仍由最深那条路径决定,比如树高 1e5 的链式结构,stack overflow 照样发生
  • 返回值没及时传播:缓存命中后必须立刻 return,别再往下走;漏写 return 是高频 bug
  • 注意编译器优化:-O2 下某些尾递归可能被转成循环,但 C++ 标准不保证,别依赖

错误写法(缓存命中却继续执行):

if (memo[n] != -1) memo[n]; // ❌ 少了 return
return fib(n-1, memo) + fib(n-2, memo); // 这行永远会跑

vector 和 array 哪个快?看维度和初始化方式

单维小范围(≤1e4)用 vector 安全;多维或确定大小,优先用原生 array 或 C 风格数组。别信“vector 更现代”,它每次构造带零初始化开销,而 int memo[1000][1000] 在栈上分配快得多。

  • vector<vector>></vector>:每层 new 分配,缓存不友好,访问慢;仅当某维长度不固定时才用
  • int memo[1000][1000]:栈上连续内存,CPU 预取友好;但总大小别超几 MB,否则栈溢出
  • 真正大状态(如 1e6 个状态):改用 static vector<int> memo</int>,只初始化一次,但注意多线程不安全

容易被忽略的一点:所有缓存变量必须初始化为无效值(如 -1INT_MIN),不能靠默认构造——vector<int>(N)</int> 初始化为 0,而 0 可能是合法答案。

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