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夕拾算法進階篇:16)最長回文子串(動態規劃DP)

2019-11-10 20:14:09
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來源:轉載
供稿:網友

給出一個字符串S,求S的最長回文子串的長度。

樣例:字符串“PATZJUJZTACCBCC”的回文子串為“ATZJUJZTA”,長度為9。

如果使用暴力解法,枚舉子串的兩個端點i和j,時間復雜度需要O(n^2)。判斷子串是否為回文需要O(n),總體時間復雜度為O(n^3),使用動態規劃可以達到最優的O(n^3),而使用動態規劃解決最長回文子串的方法有很多種,下面討論最簡單的一種方法。

令dp[i][j]表示S[i]至S[j]所表示的子串是否為回文子串,是則為1,不是為0。如此根據S[i]是否等于S[j],可以把問題分為兩類:

(1)S[i]==S[j],那么只要S[i+1]至S[j-1]是回文子串,S[i]至S[j]就是回文子串;如果S[i+1]至S[j-1]是不是回文子串,則S[i]至S[j]也不是回文子串。

(2)S[i]!=S[j],那么S[i]至S[j]一定不是回文子串。  

由此可以 寫出其狀態轉移方程:

邊界:dp[i][i]=1,dp[i][i+1]=(S[i]==S[i+1]?0:1)       ps:這里的dp初始化記錄了長度為1和2的回文子串

但是這里還存在一個問題,就是在求dp[i][j]時,無法保證dp[i+1][j-1]已經被計算了,比如先固定i=0,然后j從2開始枚舉。當求解dp[0][2]時,的dp[1][1]已經在初始中得到;當求解dp[0][3]時,會轉換求dp[1][2],而dp[1][2]也在初始化是獲得了;當求解dp[0][4]是,轉換求解dp[1][3],但dp[1][3]之前卻沒有被計算出來,因此無法轉移狀態。

根據上面的公式,邊界的長度表示長度為1和2的回文子串,且每次轉移時都說對子串的長度減1。因此不妨按照子串的長度和子串的初始位置進行枚舉,即第一次可以枚舉長度為3的子串的dp值,第二次在第一次的基礎上枚舉長度為4的子串的dp值....直到枚舉到原字符串的長度。長度為3的示意圖如下:

根據上面的分析,可以給出下面的代碼:

#include <iostream>#include <string>#include <algorithm>using namespace std; const int M=1010;int dp[M][M];  int main(){	int i,j,k,s,e,ans=1; 	string str;	cin>>str;	int len=str.length();	for(i=0;i<len;i++){		dp[i][i]=1;		if(str[i]==str[i+1]){			dp[i][i+1]=1;			ans=2;		}	}	for(k=3;k<=len;k++){ //子串的長度 		for(i=0;i+k-1<len;i++){ //子串左端點 			j=i+k-1; //子串右端點			if(str[i]==str[j]&&dp[i+1][j-1]){				dp[i][j]=1;				ans=k;				s=i;e=j; //保存最長回文子串的下標			}		} 	}	for(i=s;i<=e;i++){		cout<<str[i]; 	}	cout<<endl<<ans<<endl;	}下面具體看一個題目:

題目描述        輸入一個字符串,求出其中最長的回文子串。子串的含義是:在原串中連續出現的字符串片段?;匚牡暮x是:正著看和倒著看相同。如abba和yyxyy。在判斷回文時,應該忽略所有標點符號和空格,且忽略大小寫,但輸出應保持原樣(在回文串的首部和尾部不要輸出多余字符)。輸入字符串長度不超過5000,且占據單獨的一行。應該輸出最長的回文串,如果有多個,輸出起始位置最靠左的。輸入一行字符串,字符串長度不超過5000。輸出字符串中的最長回文子串。樣例輸入Confuciuss say:Madam,I'm Adam.樣例輸出Madam,I'm Adam

這個題目完全可以使用上面的思路來求解,需要注意的是:上面的方法是求最右端的子串,而題目要求是最左端的子串。解決方法也很容易,從字符串的末端開始枚舉即可:

#include <cstdio>#include <cstring>using namespace std; const int M=5002;int dp[M][M];  int pos[M]; //保存新位置到原位置的映射 bool isAlptha(char c){	return 'a'<=c && c<='z' || 'A'<=c && c<='Z';}bool isDigit(char c){	return '0'<=c && c<='9'; }char* toUpper(char* v){	for(int i=0;v[i];i++){		if('a'<=v[i] && v[i]<='z'){			v[i]-=32; 		}	}	return v;}int main(){	int i,j,k,s,e,ans=1,c=0; 	char* str1=new char[M];	char* str=new char[M];	gets(str1);	for(i=0;str1[i];i++){		if(isAlptha(str1[i])||isDigit(str1[i])){			str[c]=str1[i];			pos[c++]=i; //保存新位置到原位置的映射 		}	}	str=toUpper(str);	int len=strlen(str);	for(i=0;i<len;i++){		dp[i][i]=1;		if(str[i]==str[i+1]){			dp[i][i+1]=1;			ans=2;		}	}	for(k=3;k<=len;k++){ //子串的長度 		for(j=len-1;j-k+1>=0;j--){ 	//子串右端點			i=j-k+1;  //子串左端點 			if(str[i]==str[j]&&dp[i+1][j-1]){				dp[i][j]=1;				ans=k;				s=i;e=j;			}		}	} 	s=pos[s]; e=pos[e]; 	for(i=s;i<=e;i++){		PRintf("%c",str1[i]); 	}	printf("/n");}

題目來源:http://www.codeup.cn/problem.php?cid=100000629&pid=0


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