动态规划经典例题——最长公共子序列和最长公共子串(python)

系统 2099 0

1. 最长公共子序列(LCS)

1.1 问题描述

动态规划经典例题——最长公共子序列和最长公共子串(python)_第1张图片

1.2 思路

利用动态规划。
动态规划经典例题——最长公共子序列和最长公共子串(python)_第2张图片
下一步就要找到状态之间的转换方程。
动态规划经典例题——最长公共子序列和最长公共子串(python)_第3张图片
因此可以根据这个方程来进行填表,以"helloworld"和“loop”为例:
动态规划经典例题——最长公共子序列和最长公共子串(python)_第4张图片

1.3 Python代码

            
              
                def
              
              
                LCS
              
              
                (
              
              string1
              
                ,
              
              string2
              
                )
              
              
                :
              
              
    len1 
              
                =
              
              
                len
              
              
                (
              
              string1
              
                )
              
              
    len2 
              
                =
              
              
                len
              
              
                (
              
              string2
              
                )
              
              
    res 
              
                =
              
              
                [
              
              
                [
              
              
                0
              
              
                for
              
               i 
              
                in
              
              
                range
              
              
                (
              
              len1
              
                +
              
              
                1
              
              
                )
              
              
                ]
              
              
                for
              
               j 
              
                in
              
              
                range
              
              
                (
              
              len2
              
                +
              
              
                1
              
              
                )
              
              
                ]
              
              
                for
              
               i 
              
                in
              
              
                range
              
              
                (
              
              
                1
              
              
                ,
              
              len2
              
                +
              
              
                1
              
              
                )
              
              
                :
              
              
                for
              
               j 
              
                in
              
              
                range
              
              
                (
              
              
                1
              
              
                ,
              
              len1
              
                +
              
              
                1
              
              
                )
              
              
                :
              
              
                if
              
               string2
              
                [
              
              i
              
                -
              
              
                1
              
              
                ]
              
              
                ==
              
               string1
              
                [
              
              j
              
                -
              
              
                1
              
              
                ]
              
              
                :
              
              
                res
              
                [
              
              i
              
                ]
              
              
                [
              
              j
              
                ]
              
              
                =
              
               res
              
                [
              
              i
              
                -
              
              
                1
              
              
                ]
              
              
                [
              
              j
              
                -
              
              
                1
              
              
                ]
              
              
                +
              
              
                1
              
              
                else
              
              
                :
              
              
                res
              
                [
              
              i
              
                ]
              
              
                [
              
              j
              
                ]
              
              
                =
              
              
                max
              
              
                (
              
              res
              
                [
              
              i
              
                -
              
              
                1
              
              
                ]
              
              
                [
              
              j
              
                ]
              
              
                ,
              
              res
              
                [
              
              i
              
                ]
              
              
                [
              
              j
              
                -
              
              
                1
              
              
                ]
              
              
                )
              
              
                return
              
               res
              
                ,
              
              res
              
                [
              
              
                -
              
              
                1
              
              
                ]
              
              
                [
              
              
                -
              
              
                1
              
              
                ]
              
              
                print
              
              
                (
              
              LCS
              
                (
              
              
                "helloworld"
              
              
                ,
              
              
                "loop"
              
              
                )
              
              
                )
              
              
                # 输出结果为:
              
              
                [
              
              
                [
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ]
              
              
                ,
              
              
                [
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                1
              
              
                ,
              
              
                1
              
              
                ,
              
              
                1
              
              
                ,
              
              
                1
              
              
                ,
              
              
                1
              
              
                ,
              
              
                1
              
              
                ,
              
              
                1
              
              
                ,
              
              
                1
              
              
                ]
              
              
                ,
              
              
                [
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                1
              
              
                ,
              
              
                1
              
              
                ,
              
              
                2
              
              
                ,
              
              
                2
              
              
                ,
              
              
                2
              
              
                ,
              
              
                2
              
              
                ,
              
              
                2
              
              
                ,
              
              
                2
              
              
                ]
              
              
                ,
              
              
                [
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                1
              
              
                ,
              
              
                1
              
              
                ,
              
              
                2
              
              
                ,
              
              
                2
              
              
                ,
              
              
                3
              
              
                ,
              
              
                3
              
              
                ,
              
              
                3
              
              
                ,
              
              
                3
              
              
                ]
              
              
                ,
              
              
                [
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
              
                1
              
              
                ,
              
              
                1
              
              
                ,
              
              
                2
              
              
                ,
              
              
                2
              
              
                ,
              
              
                3
              
              
                ,
              
              
                3
              
              
                ,
              
              
                3
              
              
                ,
              
              
                3
              
              
                ]
              
              
                ]
              
              
                ,
              
              
                3
              
            
          

所以"helloworld"和"loop"的最长公共子序列的长度为3。

1.4 找到具体的子序列

下面的内容借鉴了博主Running07的博客动态规划 最长公共子序列 过程图解

如果有两个字符串如下:
S1 = “123456778”
S2 = “357486782”
其最终的动态规划填表结果为:
动态规划经典例题——最长公共子序列和最长公共子串(python)_第5张图片
其中S1和S2的LCS并不是只有1个。
我们根据递归公式:
动态规划经典例题——最长公共子序列和最长公共子串(python)_第6张图片
构建了上表,
通过递推公式,可以看出,res[i][j]的值来源于res[i-1][j]或者是res[i-1][j]和res[i][j-1]的较大值( 可能相等 )。
我们将从最后一个元素c[8][9]倒推出S1和S2的LCS。
res[8][9] = 5,且S1[8] != S2[9],所以倒推回去,res[8][9]的值来源于c[8][8]的值(因为res[8][8] > res[7][9])。
res[8][8] = 5, 且S1[8] = S2[8], 所以倒推回去,res[8][8]的值来源于 res[7][7]。
以此类推,如果遇到S1[i] != S2[j] ,且res[i-1][j] = res[i][j-1] 这种存在分支的情况,这里都选择一个方向(之后遇到这样的情况,也选择相同的方向,要么都往左,要么都往上)。
动态规划经典例题——最长公共子序列和最长公共子串(python)_第7张图片
可得S1和S2的LCS为{3、5、7、7、8} 这是遇见相等的时候,统一往左走
S1和S2之间还有一个LCS 这是遇见相等的时候,统一往上走
动态规划经典例题——最长公共子序列和最长公共子串(python)_第8张图片
可得S1和S2的LCS为{3、4、6、7、8}

2. 最长公共子串

2.1 问题描述

动态规划经典例题——最长公共子序列和最长公共子串(python)_第9张图片

2.2 思路

和最长公共子序列一样,使用动态规划的算法。
下一步就要找到状态之间的转换方程。 动态规划经典例题——最长公共子序列和最长公共子串(python)_第10张图片
和LCS问题唯一不同的地方在于当A[i] != B[j]时,res[i][j]就直接等于0了,因为子串必须连续, 且res[i][j] 表示的是以A[i],B[j]截尾的公共子串的长度 。因此可以根据这个方程来进行填表,以"helloworld"和“loop”为例:
动态规划经典例题——最长公共子序列和最长公共子串(python)_第11张图片
这个和LCS问题还有一点不同的就是,需要设置一个res,每一步都更新得到最长公共子串的长度。

2.3 Python代码

            
              
                def
              
              
                LCstring
              
              
                (
              
              string1
              
                ,
              
              string2
              
                )
              
              
                :
              
              
    len1 
              
                =
              
              
                len
              
              
                (
              
              string1
              
                )
              
              
    len2 
              
                =
              
              
                len
              
              
                (
              
              string2
              
                )
              
              
    res 
              
                =
              
              
                [
              
              
                [
              
              
                0
              
              
                for
              
               i 
              
                in
              
              
                range
              
              
                (
              
              len1
              
                +
              
              
                1
              
              
                )
              
              
                ]
              
              
                for
              
               j 
              
                in
              
              
                range
              
              
                (
              
              len2
              
                +
              
              
                1
              
              
                )
              
              
                ]
              
              
    result 
              
                =
              
              
                0
              
              
                for
              
               i 
              
                in
              
              
                range
              
              
                (
              
              
                1
              
              
                ,
              
              len2
              
                +
              
              
                1
              
              
                )
              
              
                :
              
              
                for
              
               j 
              
                in
              
              
                range
              
              
                (
              
              
                1
              
              
                ,
              
              len1
              
                +
              
              
                1
              
              
                )
              
              
                :
              
              
                if
              
               string2
              
                [
              
              i
              
                -
              
              
                1
              
              
                ]
              
              
                ==
              
               string1
              
                [
              
              j
              
                -
              
              
                1
              
              
                ]
              
              
                :
              
              
                res
              
                [
              
              i
              
                ]
              
              
                [
              
              j
              
                ]
              
              
                =
              
               res
              
                [
              
              i
              
                -
              
              
                1
              
              
                ]
              
              
                [
              
              j
              
                -
              
              
                1
              
              
                ]
              
              
                +
              
              
                1
              
              
                result 
              
                =
              
              
                max
              
              
                (
              
              result
              
                ,
              
              res
              
                [
              
              i
              
                ]
              
              
                [
              
              j
              
                ]
              
              
                )
              
              
                return
              
               result

              
                print
              
              
                (
              
              LCstring
              
                (
              
              
                "helloworld"
              
              
                ,
              
              
                "loop"
              
              
                )
              
              
                )
              
              
                # 输出结果为:2
              
            
          

更多文章、技术交流、商务合作、联系博主

微信扫码或搜索:z360901061

微信扫一扫加我为好友

QQ号联系: 360901061

您的支持是博主写作最大的动力,如果您喜欢我的文章,感觉我的文章对您有帮助,请用微信扫描下面二维码支持博主2元、5元、10元、20元等您想捐的金额吧,狠狠点击下面给点支持吧,站长非常感激您!手机微信长按不能支付解决办法:请将微信支付二维码保存到相册,切换到微信,然后点击微信右上角扫一扫功能,选择支付二维码完成支付。

【本文对您有帮助就好】

您的支持是博主写作最大的动力,如果您喜欢我的文章,感觉我的文章对您有帮助,请用微信扫描上面二维码支持博主2元、5元、10元、自定义金额等您想捐的金额吧,站长会非常 感谢您的哦!!!

发表我的评论
最新评论 总共0条评论