• 最长公共子序列问题 .


    动态规划法

    经常会遇到复杂问题不能简单地分解成几个子问题,而会分解出一系列的子问题。简单地采用把大问题分解成子问题,并综合子问题的解导出大问题的解的方法,问题求解耗时会按问题规模呈幂级数增加。

    为了节约重复求相同子问题的时间,引入一个数组,不管它们是否对最终解有用,把所有子问题的解存于该数组中,这就是动态规划法所采用的基本方法。

    【问题】 求两字符序列的最长公共字符子序列

    问题描述:字符序列的子序列是指从给定字符序列中随意地(不一定连续)去掉若干个字符(可能一个也不去掉)后所形成的字符序列。令给定的字符序列X=“x0,x1,…,xm-1,序列Y=“y0,y1,…,yk-1X的子序列,存在X的一个严格递增下标序列<i0,i1,…,ik-1>,使得对所有的j=0,1,…,k-1,有xij=yj。例如,X=“ABCBDAB”,Y=“BCDB”是X的一个子序列。

    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。

    求解:

    引进一个二维数组c[][],用c[i][j]记录X[i]与Y[j] 的LCS 的长度,b[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]。

    问题的递归式写成:

     

    recursive formula

    回溯输出最长公共子序列过程:

    flow

    算法分析:
    由于每次调用至少向上或向左(或向上向左同时)移动一步,故最多调用(m + n)次就会遇到i = 0或j = 0的情况,此时开始返回。返回时与递归调用时方向相反,步数相同,故算法时间复杂度为Θ(m + n)。

     1  #include <iostream>
     2  #include <string>
     3  using namespace std;
     4  int main(int argc, char **argv)
     5  {
     6      string str1 = "ABCBDAB";
     7      string str2 = "BDCABA";
     8  
     9      int x_len = str1.length();
    10      int y_len = str2.length();
    11  
    12      int arr[50][50] = {{0,0}};
    13  
    14      int i = 0;
    15      int j = 0;
    16  
    17      for(i = 1; i <= x_len; i++)
    18      {
    19          for(j = 1; j <= y_len; j++)
    20          {
    21              if(str1[i - 1] == str2[j - 1])
    22              {
    23                 arr[i][j] = arr[i - 1][j - 1] + 1;
    24              }
    25              else
    26              {
    27          
    28                  if(arr[i][j - 1] >= arr[i - 1][j])
    29                  {
    30                      arr[i][j] = arr[i][j - 1];
    31                  }
    32                  else
    33                  {
    34                      arr[i][j] = arr[i -1][j];
    35                  }
    36              }
    37  
    38          }
    39      }
    40 
    41      for(i = 0 ; i <= x_len; i++)
    42      {
    43          for( j = 0; j <= y_len; j++)
    44          {
    45              cout << arr[i][j] << "  ";
    46          }
    47          cout << endl;
    48      }
    49      for(i = x_len, j = y_len; i >= 1 && j >= 1;)
    50      {
    51              if(str1[i - 1] == str2[j - 1])
    52              {
    53                  cout << str1[i - 1] << " ";//倒序打印的
    54                  i--;
    55                  j--;
    56              }
    57              else
    58              {
    59              //  if(arr[i][j -1] >= arr[i - 1][j])//打印:B A D B
    60                  if(arr[i][j -1] > arr[i - 1][j]) //打印:A B C B
    61                  {
    62                      j--;
    63                  }
    64                  else
    65                  {
    66                      i--;
    67                  }
    68              }
    69      }
    70      cout << endl;
    71      return 0;
    72  }

    http://blog.chinaunix.net/uid-26548237-id-3374211.html

       运行结果如下所示。

    图2 运行效果
       
       最后输出为A B C B,则最大子串为B C B A。
       其实,应该将结果保存起来,然后,正序打印呢。
     
     
    nyoj-36-最长公共子序列
    nyoj-37-回文字符串
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