zoukankan      html  css  js  c++  java
  • 动态规划之最长公共子序列

    动态规划法:

      经常会遇到复杂问题不能简单的分成几个子问题,因而会分出一系列子问题。简单的采用把大问题分解成子问题,并综合子问题解导出大问题的方法,问题求解耗时会按着指数幂级数增加。为了节约重复求相同的子问题的时间,引入一个数组,不管他们是否对最终解有帮助,把所有子问题的解存于该数组中,这就是动态规划采用的基本方法。

      问题:求两个字符序列的最长公共子序列。字符序列指的是从给定字符序列中随意地(不一定连续)去掉若干个字符(可能一个也去不掉)后所形成的子字符串。

    令给定的字符序列X=“x0,x1,…,xm-1”,序列Y=“y0,y1,…,yk-1”是X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-1”,B=“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:

    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<vector>
     3 #include<string>
     4 #include<algorithm>
     5 using namespace std;
     6 vector<vector<int>> LCS(string &s1, string &s2 ,int &len)
     7 {
     8     int len1 = s1.size(), len2 = s2.size();
     9     vector<vector<int>> c(len1+1, vector<int>(len2+1,0));
    10     vector<vector<int>> b(len1+1, vector<int>(len2+1,0));
    11     for (int i = 0; i <= len1; i++)
    12         c[i][0] = 0;
    13     for (int j = 0; j <=len2; j++)
    14         c[0][j] = 0;
    15     for(int i=1;i<=len1;i++)
    16         for (int j = 1; j <=len2; j++)
    17         {
    18             if (s1[i-1] == s2[j-1])
    19             {
    20                 c[i][j] = 1 + c[i - 1][j - 1];
    21                 b[i][j] = 0;
    22             }
    23             else if (s1[i-1] != s2[j-1])
    24             {
    25                 if (c[i - 1][j] >= c[i][j - 1])
    26                 {
    27                     c[i][j] = c[i - 1][j];
    28                     b[i][j] = 1;//记录是由哪个子问题求得的解。
    29                 }
    30                 else
    31                 {
    32                     c[i][j] = c[i][j-1];
    33                     b[i][j] = -1;
    34                 }
    35             }
    36         }
    37     len = c[len1][len2];
    38     return b;
    39 }
    40 
    41 
    42 void PrintLCS(vector<vector<int>>& b, string& s1, int len1, int len2)
    43 {
    44     if (len1 == 0 || len2 == 0)
    45         return;
    46     if (b[len1][len2] == 0)
    47     {
    48         PrintLCS(b, s1, len1-1, len2 - 1);
    49         cout << s1[len1 - 1];
    50     }
    51     else if (b[len1][len2] == 1)
    52         PrintLCS(b, s1, len1 - 1, len2 );
    53     else
    54         PrintLCS(b, s1, len1 , len2 - 1);
    55 }
    56 int main()
    57 {
    58     string s1 = "ABCBDAB";
    59     string s2 = "BDCABA";
    60     int len = 0;
    61     vector<vector<int>> b;
    62     b = LCS(s1,s2,len);
    63     cout << len;
    64     PrintLCS(b,s1,s1.size(),s2.size());
    65 }
  • 相关阅读:
    Python操作redis数据库
    计算机基础与操作系统
    git使用快速入门
    RESTful API设计规范
    Python数据分析常用的库总结
    关于Cookie和Session
    一个开发的Linux使用心得总结
    排序算法与查找算法
    Django的form,model自定制
    Redis基础、高级特性与性能调优
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/wsw-seu/p/7704822.html
Copyright © 2011-2022 走看看