最大公共子序列LCS

本文探讨了最大公共子序列问题的实际应用场景,如在线编程竞赛的相似度判定及基因序列同源性的评估,并介绍了该问题的基本概念、递归解决思路及其存在的性能瓶颈。通过对比递归方法与动态规划方法,阐述了如何优化算法以提高效率。

实用意义

面对经典算法,经常有同志质疑:为什么要研究这个问题,是不是吃得太饱?
这里说一下最大公共子序列问题的实际意义:
两个场景:

  1. 某个上万人参加的在线OJ考试,为了避免抄袭,需要用机器断定出任意两个提交的相似度。我们假设作弊者没有充分的时间和能力,只能多次对原稿进行如下两个操作之一:a添加一行,b删除一行。
  2. 两段基因序列,可能同源,在复制过程中,可能会丢失了某些位置的碱基对,也可能会把某些碱基对复制错。我们想知道两个序列同源的可能性多大。

示例

我们以字符串代表序列,不影响问题的本质。
那么,最大公共子序列长度 lcs(a,b) 有如下示例:
lcs(‘abc’,‘abc’) == 3
lcs(‘abxc’,‘yaubuc’) == 3
lcs(‘xaabcud’, ‘yyaabababcccd’) == 5
可见:
所谓子串,是指从某个位置开始,连续的一个区间组成的串。
所谓子序列,是从一系列的可能连续,可能不连续的位置取出字符,组成的串。
LCS问题就是:对给定的两个序列,怎样取它们的子序列,才能让它们的子序列相同,并且尽可能地长呢?

递归的想法

两个序列A,B
它们去掉第一个字符的序列分别为A’,B’
考虑它们的第一个字符是否相同:
如果相同,变成了简单问题:只要求出 lcs(A’, B’) 再加 1 就好了。
如果不同,复杂了,来求 3 个:
lcs(A’, B)
lcs(A, B’)
lcs(A’, B’)
这三个谁大,谁是答案。

这个用python实现起来也相当简单:

def lcs(a,b):
    if a=='' or b=='': return 0
    if a[0] == b
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