• 用动态规划解决最长公共子序列


        要求:最长公共子序列,英文缩写为LCS(Longest Common Subsequence)。其定义是,一个序列 S ,如果分别是两个或多个已知序列的子序列,且是所有符合此条件序列中最长的,则 S 称为已知序列的最长公共子序列。而最长公共子串(要求连续)和最长公共子序列是不同的

      运用动态规划解决,不懂的可以参考任意一本算法书,一般都会介绍动态规划算法,以下部分解析选自算法书上。

    考虑最长公共子序列问题如何分解成子问题,设A=“a0,a1,…,am-1B=“b0,b1,…,bm-1,并Z=“z0,z1,…,zk-1为它们的最长公共子序列。不难证明有以下性质。

    (1) 如果am-1=bn-1,则zk-1=am-1=bn-1,且“z0,z1,…,zk-2是“a0,a1,…,am-2和“b0,b1,…,bn-2的一个最长公共子序列;

    (2) 如果am-1!=bn-1,则若zk-1!=am-1,蕴涵“z0,z1,…,zk-1是“a0,a1,…,am-2和“b0,b1,…,bn-1的一个最长公共子序列;

    (3) 如果am-1!=bn-1,则若zk-1!=bn-1,蕴涵“z0,z1,…,zk-1是“a0,a1,…,am-1和“b0,b1,…,bn-2的一个最长公共子序列。

    这样,在找A和B的公共子序列时,如有am-1=bn-1,则进一步解决一个子问题,找“a0,a1,…,am-2和“b0,b1,…,bm-2的一个最长公共子序列;如果am-1!=bn-1,则要解决两个子问题,找出“a0,a1,…,am-2和“b0,b1,…,bn-1的一个最长公共子序列和找出“a0,a1,…,am-1和“b0,b1,…,bn-2的一个最长公共子序列,再取两者中较长者作为A和B的最长公共子序列。

    基于书上的讲解,解题思路如下:

    引进一个二维数组L[][],用L[i][j]记录X[i]与Y[j] 的LCS 的长度,state[i][j]记录c[i][j]是通过哪一个子问题的值求得的,以决定搜索的方向。
    我们是自底向上进行递推计算,那么在计算c[i,j]之前,c[i-1][j-1],c[i-1][j]与c[i][j-1]均已计算出来。此时我们根据X[i] = Y[j]还是X[i] != Y[j],就可以计算出c[i][j]。

    归纳成数学表达式如下:


    基于以上思路,代码如下:

    #include<iostream>
    using namespace std;
    int const MAX=12;
    
    int commonOrder(char *x,int xLen,char *y,int yLen,int state[][MAX],int L[][MAX], char result[])
    {
    	int i,j,k;
    	for(j=0;j<yLen;j++)
    	{
    		L[0][j]=0;
    	}
    	for(i=0;i<xLen;i++)
    	{
    		L[i][0]=0;
    	}
    	for(i=1;i<=xLen;i++)
    		for(j=1;j<=yLen;j++)
    		{
    			if(x[i]==y[j])
    			{
    				L[i][j]=L[i-1][j-1]+1;
    				state[i][j]=1;
    			}
    			else if(L[i][j-1]>=L[i-1][j])
    			{
    				L[i][j]=L[i][j-1];
    				state[i][j]=2;
    			}
    			else
    			{
    				L[i][j]=L[i-1][j];
    				state[i][j]=3;
    			}
    		}
    		 i=xLen;j=yLen;k=L[xLen][yLen];
    		  cout<<"最长公共子序列为:";
    		 while(i>=0&&j>0)
    		 {
    			 if(state[i][j]==1)
    			 {
    				 result[k]=x[i];
    				 k--;
    				 i--;
    				 j--;
    			 }else if(state[i][j]==2)
    			 {
    				j--;
    
    			 }else
    			 {
    				i--;
    			 }
    		 }
    		 result[k]=x[i];//注意此处必须将最后的x[i]的值赋给result[k],因为在前面的while循环最终跳出的时候最后一个x[i]的值没赋给result[k]
    
    		 for(k=0;k<L[xLen][yLen];k++)
    		 {
    			 cout<<result[k];
    		 }
    		 cout<<endl;
    		 return L[xLen][yLen];
    }
    int main()
    {
    	char  x[]="ABCBDAC";
        char  y[]="ABCACD";
       int xLen=strlen(x);
       int yLen=strlen(x);
    	int L[MAX][MAX]={0,};
    	int state[MAX][MAX]={0,};
    	char result[MAX]="";
    	cout<<"最长公共子序列的长度为:"<<commonOrder(x,xLen,y,yLen,state,L,result)<<endl;
    	return 1;
    }
    程序运行结果如下:




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