牛客题解 | 04.06_双序列问题

双序列问题

问题描述

双序列动态规划是指在两个序列上进行状态转移的问题。
常见的有最长公共子序列(LCS)、编辑距离等。
通常需要定义状态表示两个序列某个位置的最优解。

最长公共子序列(LCS)

算法思想

1. 定义dp[i][j]表示s1的前i个字符和s2的前j个字符的LCS长度
2. 如果s1[i] == s2[j]，则可以选择该字符作为LCS的一部分
3. 状态转移方程：
   • 当s1[i] == s2[j]时：dp[i][j] = dp[i-1][j-1] + 1
   • 否则：dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i][j-1])
4. 最终答案为dp[n][m]

代码实现

int longestCommonSubsequence(string s1, string s2) {
    int n = s1.length(), m = s2.length();
    vector<vector<int>> dp(n + 1, vector<int>(m + 1, 0));
    
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        for (int j = 1; j <= m; j++) {
            if (s1[i-1] == s2[j-1]) {
                dp[i][j] = dp[i-1][j-1] + 1;
            } else {
                dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i][j-1]);
            }
        }
    }
    
    return dp[n][m];
}

public int longestCommonSubsequence(String s1, String s2) {
    int n = s1.length(), m = s2.length();
    int[][] dp = new int[n + 1][m + 1];
    
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        for (int j = 1; j <= m; j++) {
            if (s1.charAt(i-1) == s2.charAt(j-1)) {
                dp[i][j] = dp[i-1][j-1] + 1;
            } else {
                dp[i][j] = Math.max(dp[i-1][j], dp[i][j-1]);
            }
        }
    }
    
    return dp[n][m];
}

def longestCommonSubsequence(s1: str, s2: str) -> int:
    n, m = len(s1), len(s2)
    dp = [[0] * (m + 1) for _ in range(n + 1)]
    
    for i in range(1, n + 1):
        for j in range(1, m + 1):
            if s1[i-1] == s2[j-1]:
                dp[i][j] = dp[i-1][j-1] + 1
            else:
                dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i][j-1])
    
    return dp[n][m]

编辑距离

算法思想

1. 定义dp[i][j]表示将s1的前i个字符转换为s2的前j个字符所需的最小操作数
2. 每次可以进行插入、删除或替换操作
3. 状态转移方程：
   • 当s1[i] == s2[j]时：dp[i][j] = dp[i-1][j-1]
   • 否则：dp[i][j] = min(dp[i-1][j-1], dp[i-1][j], dp[i][j-1]) + 1
4. 最终答案为dp[n][m]

代码实现

int minDistance(string s1, string s2) {
    int n = s1.length(), m = s2.length();
    vector<vector<int>> dp(n + 1, vector<int>(m + 1));
    
    // 初始化边界
    for (int i = 0; i <= n; i++) dp[i][0] = i;
    for (int j = 0; j <= m; j++) dp[0][j] = j;
    
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        for (int j = 1; j <= m; j++) {
            if (s1[i-1] == s2[j-1]) {
                dp[i][j] = dp[i-1][j-1];
            } else {
                dp[i][j] = min({dp[i-1][j-1], dp[i-1][j], dp[i][j-1]}) + 1;
            }
        }
    }
    
    return dp[n][m];
}

public int minDistance(String s1, String s2) {
    int n = s1.length(), m = s2.length();
    int[][] dp = new int[n + 1][m + 1];
    
    // 初始化边界
    for (int i = 0; i <= n; i++) dp[i][0] = i;
    for (int j = 0; j <= m; j++) dp[0][j] = j;
    
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        for (int j = 1; j <= m; j++) {
            if (s1.charAt(i-1) == s2.charAt(j-1)) {
                dp[i][j] = dp[i-1][j-1];
            } else {
                dp[i][j] = Math.min(Math.min(dp[i-1][j-1], dp[i-1][j]), 
                                  dp[i][j-1]) + 1;
            }
        }
    }
    
    return dp[n][m];
}

def minDistance(s1: str, s2: str) -> int:
    n, m = len(s1), len(s2)
    dp = [[0] * (m + 1) for _ in range(n + 1)]
    
    # 初始化边界
    for i in range(n + 1):
        dp[i][0] = i
    for j in range(m + 1):
        dp[0][j] = j
    
    for i in range(1, n + 1):
        for j in range(1, m + 1):
            if s1[i-1] == s2[j-1]:
                dp[i][j] = dp[i-1][j-1]
            else:
                dp[i][j] = min(dp[i-1][j-1], dp[i-1][j], dp[i][j-1]) + 1
    
    return dp[n][m]

时间复杂度分析

算法	时间复杂度	空间复杂度
最长公共子序列	$\mathcal{O}(n\cdot m)$	$\mathcal{O}(n\cdot m)$
编辑距离	$\mathcal{O}(n\cdot m)$	$\mathcal{O}(n\cdot m)$

应用场景

1. 序列比较
2. 文本相似度
3. DNA序列分析
4. 拼写检查
5. 版本控制差异

注意事项

1. 状态定义的选择
2. 边界条件的处理
3. 空间优化的可能性
4. 路径还原的需求
5. 初始化的正确性

经典例题

1. 最长公共子序列
2. 编辑距离
3. 最长公共子串