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【动态规划】最长公共子序列与最长公共子串

2019-11-08 19:56:02
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1. 问题描述

子串应该比较好理解,至于什么是子序列,这里给出一个例子:有两个母串

cnblogsbelong

比如序列bo, bg, lg在母串cnblogs与belong中都出现过并且出现顺序与母串保持一致,我们将其称为公共子序列。最长公共子序列(Longest Common Subsequence, LCS),顾名思义,是指在所有的子序列中最长的那一个。子串是要求更严格的一种子序列,要求在母串中连续地出现。在上述例子的中,最长公共子序列为blog(cnblogs,belong),最长公共子串为lo(cnblogs, belong)。

2. 求解算法

对于母串X=<x1,x2,⋯,xm>

, Y=<y1,y2,⋯,yn>

,求LCS与最长公共子串。

暴力解法

假设 m<n

, 对于母串X,我们可以暴力找出2m个子序列,然后依次在母串Y中匹配,算法的时间复杂度会达到指数级O(n∗2m)

。显然,暴力求解不太适用于此类问题。

动态规划

假设Z=<z1,z2,⋯,zk>

XY

的LCS, 我们观察到

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

因此,求解LCS的问题则变成递归求解的两个子问题。但是,上述的递归求解的办法中,重复的子问题多,效率低下。改进的办法——用空间换时间,用数组保存中间状态,方便后面的计算。这就是动态规划(DP)的核心思想了。

DP求解LCS

用二维数组c[i][j]记录串x1x2⋯xi

y1y2⋯yj的LCS长度,则可得到状态转移方程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

代码实现

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求解最长公共子串

前面提到了子串是一种特殊的子序列,因此同样可以用DP来解决。定义数组的存储含义对于后面推导转移方程显得尤为重要,糟糕的数组定义会导致异常繁杂的转移方程。考虑到子串的连续性,将二维数组c[i,j]

用来记录具有这样特点的子串——结尾为母串x1x2⋯xiy1y2⋯yj

的结尾——的长度。

得到转移方程:

c[i,j]=⎧⎩⎨⎪⎪0c[i−1,j−1]+10i=0 or j=0xi=yjxi≠yj

最长公共子串的长度为 max(c[i,j]), i∈{1,⋯,m},j∈{1,⋯,n}

代码实现

public static int lcs(String str1, String str2) { int len1 = str1.length(); int len2 = str2.length(); int result = 0; //记录最长公共子串长度 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;}

原文链接:http://www.cnblogs.com/en-heng/p/3963803.html


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