LeetCode 5. 最长回文子串

本文介绍了四种解决LeetCode最长回文子串问题的算法,包括暴力枚举、中心线枚举、动态规划和滚动数组优化的动态规划。通过实例演示和代码实现,深入解析了每种方法的时间复杂度和空间复杂度,适合理解不同解法的优劣。

链接:https://leetcode-cn.com/problems/longest-palindromic-substring/

题目描述:给你一个字符串 s,找到 s 中最长的回文子串。

示例 1:

输入:s = "babad"
输出:"bab"
解释:"aba" 同样是符合题意的答案。

示例 2:

输入:s = "cbbd"
输出:"bb"

1 枚举解法

时间复杂度 O(n^3) 空间复杂度 O(1)

class Solution_brute_force:
    """
    暴力枚举解法 时间O(n^3) 空间O(1)
    """
    def longestPalindrome(self, s: str) -> str:
        """
        :param s: input str
        :return: the longest palindromic substring
        """
        if s is None:
            return None

        for length in range(len(s), 0, -1):  # 按长度从大到小遍历
            for start in range(len(s) - length + 1):
                if self.is_palindrome(s, start, start + length - 1):
                    return s[start: start + length]

        return ""

    def is_palindrome(self, s: str, left, right):
        while left < right and s[left] == s[right]:
            left += 1
            right -= 1

        return left >= right

2 中心线枚举解法

时间复杂度 O(n^2) 空间复杂度 O(1)

class Solution_centerline_enumerate:
    """
    中心线枚举解法 时间O(n^2) 空间O(1)
    """
    def longestPalindrome(self, s: str) -> str:
        """
        :param s: input string
        :return: the longest palindromic substring
        """
        if s is None:
            return None

        answer = (0, 0)
        for i in range(len(s)):
            answer = max(answer, self.get_palindromic_from(s, i, i))  # 奇数子串
            answer = max(answer, self.get_palindromic_from(s, i, i + 1))  # 偶数子串

        return s[answer[1]: answer[0] + answer[1]]

    def get_palindromic_from(self, s: str, left, right):
        while left >= 0 and right < len(s) and s[left] == s[right]:
            left -= 1
            right += 1

        return right - left - 1, left + 1

3 动态规划解法

时间复杂度 O(n^2),空间复杂度 O(n^2)


class Solution_dp:
    """
    标准动态规划解法 时间O(n^2) 空间O(n^2)
    """
    def longestPalindrome(self, s: str) -> str:
        """
        :param s: input string
        :return: the longest palindromic substring
        """
        if not s:  # 等价于 s is None or s == ''
            return ''

        if len(s) < 2:
            return s

        dp = [[False] * len(s) for _ in range(len(s))]
        for i in range(len(s)):
            dp[i][i] = True

        # 状态转移方程
        # if dp[i+1][j-1] == 1 and s[i] == s[j]
        #    dp[i][j] = 1
        # else
        #    dp[i][j] = 0
        answer = (0, 0)
        for i in range(len(s) - 1, -1, -1):  # dp[i][j]依赖于dp[i+1][j-1], i反向计算
            for j in range(len(s)):  # j的计算正反皆可
                if i + 1 <= j - 1 and dp[i + 1][j - 1] and s[i] == s[j]:
                    dp[i][j] = True
                elif i + 1 > j - 1 and s[i] == s[j]:  # i与j相邻的情况,如s[i:j] = 'aa'
                    dp[i][j] = True
                if dp[i][j]:
                    answer = max(answer, (j - i + 1, i))

        return s[answer[1]:answer[0] + answer[1]]

4 dp滚动数组解法

时间复杂度 O(n^2),空间复杂度 O(n)

class Solution_dp_scrolling_arr:
    """
    dp滚动数组解法 时间O(n^2) 空间O(n)
    """
    def longestPalindrome(self, s: str) -> str:
        """
        :param s: input string
        :return: the longest palindromic substring
        """
        if not s:  # 等价于 s is None or s == ''
            return ''

        if len(s) < 2:
            return s

        dp = [[False] * len(s) for _ in range(2)]

        # 状态转移方程
        # if dp[i+1][j-1] == 1 and s[i] == s[j]
        #    dp[i][j] = 1
        # else
        #    dp[i][j] = 0
        answer = (0, 0)
        for i in range(len(s) - 1, -1, -1):  # dp[i][j]依赖于dp[i+1][j-1], i反向计算
            for j in range(len(s)):  # j的计算正反皆可
                arr_idx = i % 2
                if i == j or (i == j - 1 and s[i] == s[j]):  # i与j相邻的情况,如s[i:j] = 'aa'
                    dp[arr_idx][j] = True
                elif dp[(i + 1) % 2][j - 1] and s[i] == s[j]:
                    dp[arr_idx][j] = True
                else:   # 重置为false
                    dp[arr_idx][j] = False

                if dp[arr_idx][j]:
                    answer = max(answer, (j - i + 1, i))

        return s[answer[1]:answer[0] + answer[1]]
### LeetCode5 题 '最长回文子串' 的 Python 解法 对于给定字符串 `s`,返回其中的最长回文子串是一个经典算法问题。一种高效的解决方案是利用中心扩展方法来寻找可能的最大长度回文。 #### 中心扩展法解析 该方法基于观察到的一个事实:一个回文串可以由中间向两端不断扩散而得。因此可以从每一个字符位置出发尝试构建尽可能大的回文序列[^1]。 具体来说: - 对于每个字符作为单个字符的中心点; - 或者两个相同相邻字符作为一个整体中心点; - 向两侧延伸直到遇到不匹配的情况为止; 记录下每次找到的有效回文串及其起始索引和结束索引,并更新全局最优解。 下面是具体的 Python 实现代码: ```python def longest_palindrome(s: str) -> str: if not s or len(s) == 0: return "" start, end = 0, 0 for i in range(len(s)): len1 = expand_around_center(s, i, i) len2 = expand_around_center(s, i, i + 1) max_len = max(len1, len2) if max_len > end - start: start = i - (max_len - 1) // 2 end = i + max_len // 2 return s[start:end + 1] def expand_around_center(s: str, left: int, right: int) -> int: L, R = left, right while L >= 0 and R < len(s) and s[L] == s[R]: L -= 1 R += 1 return R - L - 1 ``` 此函数通过遍历整个输入字符串并调用辅助函数 `expand_around_center()` 来计算以当前位置为中心能够形成的最长回文串长度。最终得到的结果即为所求的最大回文子串
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