【算法】LCS算法以及其JAVA的实现
2017-12-13 22:39
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LCS问题是动态规划的经典问题,同时也算作入门问题吧。其目的是要求出两个串的最长公共子串。例如如下两个串:
串1:ABCBDAB
串2:BDCABA
那么,它们的最长公共子序列是BCBA。注意,最长公共子序列不是最长的公共串,最长的公共串在leetcode里面好像有过这么一道题,用暴力求解的方法也能在很短的时间内算出来,不会耗费太长的时间。但是最长的公共子序列不是连续的,要找出来,就需要将串中所有的可能都列举出来,这就需要指数级别的时间复杂度了。用纯暴力的算法就能难在很短的时间内计算出来。所以就有了我们动态规划的LCS算法。
看看书上的关于LCS最优子结构的定理:
令X = <x1,...xm> Y=<y1,....yn>为两个序列,Z为X,Y中的任意LCS:
1.如果Xm = Yn , 那么Zk != Xm,且Zk-1 为 Xm-1 的一个LCS
2.如果Xm != Yn , 那么Zk ! = Yn ,且Zk-1 为 Yn-1的一个LCS
那么,我们如何在代码中构造标识LCS呢?
首先我们定义两个二维矩阵,B和C,维度为两个串的长度+1。然后按照如下的规则循环或地柜生成对应的矩阵。
1.如果i=0或者j=0: c[i][j]=0, b[i][j]=' '.
2.如果i,j>0且x[i]=y[j] c[i][j] = c[i-1][j-1] , b[i][j] = 'x'代表上箭头
3.如果i,j>0且x[i]!=y[j] c[i][j] = max(c[i-1][j] ,c[i-1][j-1]) b[i][j] = 'h' or 'w'代表竖向箭头和横向箭头
生成的矩阵如下图所示:其中x指代斜向箭头,h指代竖向箭头,w指向横向箭头:
然后,按照递归的方式,从最后一栏依次往前找,如果是斜箭头,就记录此时的双向值,竖向箭头就往上一移动,横向箭头就往左移动。最后得出按如下结果:
每次转折点就是要得到的公共子串。
下面是java实现的代码:
private Stack<Character> stack = new Stack<Character>();
private void printLcs(char d[][], String a, int i ,int j)
{
if(i==0||j==0)
{}
else if(d[i][j]==
4000
'x')
{
stack.push(a.charAt(i-1));
printLcs(d,a,i-1,j-1);
}
else if (d[i][j]=='h')
printLcs(d,a,i-1,j);
else
printLcs(d,a,i,j-1);
}
public String getLCS(String a,String b)
{
int[][] c = new int[a.length()+1][b.length()+1];
char[][] d = new char [a.length()+1][b.length()+1];
for(int i = 0; i<=a.length();i++)
c[i][0]=0;
for(int j = 0; j<=b.length();j++)
d[0][j]=0;
for(int i = 1; i<=a.length();i++)
{
for(int j = 1; j<=b.length();j++)
{
if(a.charAt(i-1)==b.charAt(j-1))
{
c[i][j] = c[i-1][j-1]+1; d[i][j] = 'x';
}
else if (c[i-1][j] >= c[i][j-1])
{
c[i][j] = c[i-1][j]; d[i][j] = 'h';
}
else
{
c[i][j] = c[i][j-1]; d[i][j] = 'w';
}
}
}
printLcs(d , a , a.length(),b.length());
String res = "";
while(!stack.empty())
res += stack.pop().toString();
return res;
}
串1:ABCBDAB
串2:BDCABA
那么,它们的最长公共子序列是BCBA。注意,最长公共子序列不是最长的公共串,最长的公共串在leetcode里面好像有过这么一道题,用暴力求解的方法也能在很短的时间内算出来,不会耗费太长的时间。但是最长的公共子序列不是连续的,要找出来,就需要将串中所有的可能都列举出来,这就需要指数级别的时间复杂度了。用纯暴力的算法就能难在很短的时间内计算出来。所以就有了我们动态规划的LCS算法。
看看书上的关于LCS最优子结构的定理:
令X = <x1,...xm> Y=<y1,....yn>为两个序列,Z为X,Y中的任意LCS:
1.如果Xm = Yn , 那么Zk != Xm,且Zk-1 为 Xm-1 的一个LCS
2.如果Xm != Yn , 那么Zk ! = Yn ,且Zk-1 为 Yn-1的一个LCS
那么,我们如何在代码中构造标识LCS呢?
首先我们定义两个二维矩阵,B和C,维度为两个串的长度+1。然后按照如下的规则循环或地柜生成对应的矩阵。
1.如果i=0或者j=0: c[i][j]=0, b[i][j]=' '.
2.如果i,j>0且x[i]=y[j] c[i][j] = c[i-1][j-1] , b[i][j] = 'x'代表上箭头
3.如果i,j>0且x[i]!=y[j] c[i][j] = max(c[i-1][j] ,c[i-1][j-1]) b[i][j] = 'h' or 'w'代表竖向箭头和横向箭头
生成的矩阵如下图所示:其中x指代斜向箭头,h指代竖向箭头,w指向横向箭头:
然后,按照递归的方式,从最后一栏依次往前找,如果是斜箭头,就记录此时的双向值,竖向箭头就往上一移动,横向箭头就往左移动。最后得出按如下结果:
每次转折点就是要得到的公共子串。
下面是java实现的代码:
private Stack<Character> stack = new Stack<Character>();
private void printLcs(char d[][], String a, int i ,int j)
{
if(i==0||j==0)
{}
else if(d[i][j]==
4000
'x')
{
stack.push(a.charAt(i-1));
printLcs(d,a,i-1,j-1);
}
else if (d[i][j]=='h')
printLcs(d,a,i-1,j);
else
printLcs(d,a,i,j-1);
}
public String getLCS(String a,String b)
{
int[][] c = new int[a.length()+1][b.length()+1];
char[][] d = new char [a.length()+1][b.length()+1];
for(int i = 0; i<=a.length();i++)
c[i][0]=0;
for(int j = 0; j<=b.length();j++)
d[0][j]=0;
for(int i = 1; i<=a.length();i++)
{
for(int j = 1; j<=b.length();j++)
{
if(a.charAt(i-1)==b.charAt(j-1))
{
c[i][j] = c[i-1][j-1]+1; d[i][j] = 'x';
}
else if (c[i-1][j] >= c[i][j-1])
{
c[i][j] = c[i-1][j]; d[i][j] = 'h';
}
else
{
c[i][j] = c[i][j-1]; d[i][j] = 'w';
}
}
}
printLcs(d , a , a.length(),b.length());
String res = "";
while(!stack.empty())
res += stack.pop().toString();
return res;
}
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