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【動態規劃】最長公共子序列與最長公共子串

2019-11-08 19:56:02
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來源:轉載
供稿:網友

1. 問題描述

子串應該比較好理解,至于什么是子序列,這里給出一個例子:有兩個母串

cnblogsbelong

比如序列bo, bg, lg在母串cnblogs與belong中都出現過并且出現順序與母串保持一致,我們將其稱為公共子序列。最長公共子序列(Longest Common Subsequence, LCS),顧名思義,是指在所有的子序列中最長的那一個。子串是要求更嚴格的一種子序列,要求在母串中連續地出現。在上述例子的中,最長公共子序列為blog(cnblogs,belong),最長公共子串為lo(cnblogs, belong)。

2. 求解算法

對于母串X=<x1,x2,?,xm>

, Y=<y1,y2,?,yn>

,求LCS與最長公共子串。

暴力解法

假設 m<n

, 對于母串X,我們可以暴力找出2m個子序列,然后依次在母串Y中匹配,算法的時間復雜度會達到指數級O(n?2m)

。顯然,暴力求解不太適用于此類問題。

動態規劃

假設Z=<z1,z2,?,zk>

XY

的LCS, 我們觀察到

如果xm=yn,則zk=xm=yn,有Zk?1Xm?1Yn?1的LCS;如果xm≠yn,則ZkXmYn?1的LCS,或者是Xm?1Yn的LCS。

因此,求解LCS的問題則變成遞歸求解的兩個子問題。但是,上述的遞歸求解的辦法中,重復的子問題多,效率低下。改進的辦法——用空間換時間,用數組保存中間狀態,方便后面的計算。這就是動態規劃(DP)的核心思想了。

DP求解LCS

用二維數組c[i][j]記錄串x1x2?xi

y1y2?yj的LCS長度,則可得到狀態轉移方程c[i,j]=?????0c[i?1,j?1]+1max(c[i,j?1],c[i?1,j])i=0 or j=0i,j>0 and  xi=yji,j>0 and xi≠yj

代碼實現

public static int lcs(String str1, String str2) {    int len1 = str1.length();    int len2 = str2.length();    int c[][] = new int[len1+1][len2+1];    for (int i = 0; i <= len1; i++) {        for( int j = 0; j <= len2; j++) {            if(i == 0 || j == 0) {                c[i][j] = 0;            } else if (str1.charAt(i-1) == str2.charAt(j-1)) {                c[i][j] = c[i-1][j-1] + 1;            } else {                c[i][j] = max(c[i - 1][j], c[i][j - 1]);            }        }    }    return c[len1][len2];}

DP求解最長公共子串

前面提到了子串是一種特殊的子序列,因此同樣可以用DP來解決。定義數組的存儲含義對于后面推導轉移方程顯得尤為重要,糟糕的數組定義會導致異常繁雜的轉移方程。考慮到子串的連續性,將二維數組c[i,j]

用來記錄具有這樣特點的子串——結尾為母串x1x2?xiy1y2?yj

的結尾——的長度。

得到轉移方程:

c[i,j]=?????0c[i?1,j?1]+10i=0 or j=0xi=yjxi≠yj

最長公共子串的長度為 max(c[i,j]), i∈{1,?,m},j∈{1,?,n}

代碼實現

public static int lcs(String str1, String str2) { int len1 = str1.length(); int len2 = str2.length(); int result = 0; //記錄最長公共子串長度 int c[][] = new int[len1+1][len2+1]; for (int i = 0; i <= len1; i++) { for( int j = 0; j <= len2; j++) { if(i == 0 || j == 0) { c[i][j] = 0; } else if (str1.charAt(i-1) == str2.charAt(j-1)) { c[i][j] = c[i-1][j-1] + 1; result = max(c[i][j], result); } else { c[i][j] = 0; } } } return result;}

原文鏈接:http://www.cnblogs.com/en-heng/p/3963803.html


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