动态规划求解最长公共子序列(LCS)

      看了《算法导论》中文第二版P208的动态规划求解LCS问题,觉得很赞,但总觉得算导写得有些晦涩,希望自己能写得简单易懂一些,纯当锻炼了,欢迎指导交流。

      首先,子序列和子串是不一样的。子串是连续的,而子序列中的元素组成可以是不连续的,但元素的位置下标一定是递增的。以一个字串S = “abcdef”为例,字串S的一个子串是”abc”,’cdef’这种连续的,而子序列可以是”abc”,也可以是”af “,给人的直观感觉就是用S中的字符拼凑成的,但f一定在a之前。

 

      我们设有两个字符串X和Y,其中,X={x0, x1, x2, ….xi },Y={y0, y1, y2, yj }。用lcs(i , j)表示字符串X与Y的最长公共子序列的长度。

由动态规划思想可知,问题的最优解是由子问题的最优解构成的,所以lcs(i,j) 的值与lcs(i-1, j-1), lcs(i-1, j), lcs(i, j-1) 都有一定的关系。

要确定lcs(i,j)的值,首先比较一下xi, yj 的值,有以下2种情况:

 

1. xi == yj,说明xi与yj 一定在最长公共子序列中,所以lcs (i , j) 是由lcs(i-1,j -1)之前的值决定的,即

     lcs(i,j) = lcs(i-1, j-1) + 1;

2. xi != yj ,设在最长公共子序列中的最后一个值为zk,可能zk == xi,也可能zk == yj,也可能zk与xi, yj的值都不同。

    这3种情况的分析如下:

     a. zk == xi, 那么最长公共子序列取决于去掉yj的Y字符串与X字符串的最长公共子序列,

         即lcs(i, j) = lcs(i, j-1);

     b. 与a同理,若yj在最长公共子序列中,那么lcs(i, j) = lcs(i – 1, j);

     c. zk与xi, yj的值都不同,那么lcs( i, j ) 的值取决于去掉xi的X字串与去掉yj的Y字串的最长公共子序列的长度,即

         lcs(i, j) = lcs( i-1, j-1)。

 

     结合a,b,c的情况,因为最长公共子序列必有最大的长度,所以

     lcs(i, j) = max ( lcs( i-1, j) , lcs( i, j-1) )。这个公式之所以包含情况c,是因为在情况c下,最长公共子序列的最后一个

     值zk肯定是xi与yj之前的位置上的值,xi 与yj 在这种情况下对最长公共子序列的长度没有影响力,所以在这种情况下,

      lcs( i-1, j) 和 lcs( i, j-1)都等于lcs (i -1, j -1),可归并到公式中。

     

       因此,我们有:

      当xi == yj 时,lcs(i,j) = lcs(i-1, j-1) + 1;

      当xi != yj 时, lcs(i, j) = max ( lcs( i-1, j) , lcs( i, j-1) )。

        分析完毕,可以练练手了,POJ的1458题正是LCS的题。

 

       LCS的一般代码如下:

 

int LCS(string sx, string sy)
{
	int sizex = sx.length();
	int sizey = sy.length();

	//创建动态二维数组
	int **lcs = new int*[sizex];
	for (int i = 0; i < sizex; ++i)
	{	
		lcs[i] = new int[sizey];
	}

	//求解LCS
	int max = 0;
	for (int i = 0; i < sizex; ++i)
	{
		for (int j = 0; j < sizey; ++j)
		{
			//计算初始值:lcs[0][x]和lcs[x][0]的值
			if (i == 0 || j == 0)
			{
				if (sx[i] == sy[j])
				{
					lcs[i][j] = 1;
				}
				else
				{
					if (i == 0 && j == 0)
						lcs[i][j] = 0;

					else if (i == 0 && j != 0)
						lcs[i][j] = lcs[i][j-1];

					else
                        lcs[i][j] = lcs[i-1][j];
				}

			}
			else  //其他lcs[i][j]的值
			{
				if (sx[i] == sy[j])
					lcs[i][j] = lcs[i-1][j-1] + 1;
				else 
					lcs[i][j] = lcs[i-1][j] > lcs[i][j-1] ? lcs[i-1][j] : lcs[i][j-1];
			}

			if (lcs[i][j] > max) 
				max = lcs[i][j];
		}
	}

	//释放动态二维数组
	for (int i = 0; i < sizex; ++i)
	{
		delete[] lcs[i];
	}
	delete[] lcs;

	return max;
}

    原文作者:动态规划
    原文地址: https://blog.csdn.net/zhouworld16/article/details/16338141
    本文转自网络文章,转载此文章仅为分享知识,如有侵权,请联系博主进行删除。
点赞