一、题目描述

给定一个字符串 (s) 和一个字符模式 (p) ,实现一个支持 '?' 和 '*' 的通配符匹配。

'?' 可以匹配任何单个字符。
'*' 可以匹配任意字符串(包括空字符串)。
两个字符串完全匹配才算匹配成功。

说明:s 可能为空,且只包含从 a-z 的小写字母。
p 可能为空,且只包含从 a-z 的小写字母,以及字符 ? 和 *。

示例 1:
输入:
s = "aa"
p = "a"
输出: false
解释: "a" 无法匹配 "aa" 整个字符串。

示例 2:
输入:
s = "aa"
p = "*"
输出: true
解释: '*' 可以匹配任意字符串。

示例 3:
输入:
s = "cb"
p = "?a"
输出: false
解释: '?' 可以匹配 'c', 但第二个 'a' 无法匹配 'b'。

示例 4:
输入:
s = "adceb"
p = "*a*b"
输出: true
解释: 第一个 '*' 可以匹配空字符串, 第二个 '*' 可以匹配字符串 "dce".

示例 5:
输入:
s = "acdcb"
p = "a*c?b"
输出: false

二、解题思路:动态规划

思路与算法

在给定的模式 p 中,只会有三种类型的字符出现:

小写字母 a−z,可以匹配对应的一个小写字母;

问号 ?,可以匹配任意一个小写字母;

星号 *,可以匹配任意字符串,可以为空,也就是匹配零或任意多个小写字母。

其中「小写字母」和「问号」的匹配是确定的,而「星号」的匹配是不确定的,因此我们需要枚举所有的匹配情况。为了减少重复枚举,我们可以使用动态规划来解决本题。

我们用 dp[i][j] 表示字符串 s 的前 i 个字符和模式 p 的前 j 个字符是否能匹配。在进行状态转移时,我们可以考虑模式 p 的第 j个字符  Leetcode No.44 通配符匹配_原力计划,与之对应的是字符串 s 中的第 i个字符 Leetcode No.44 通配符匹配_状态转移_02,如果 Leetcode No.44 通配符匹配_原力计划是小写字母,那么 Leetcode No.44 通配符匹配_状态转移_02必须也为相同的小写字母,状态转移方程为:
dp[i][j]=(Leetcode No.44 通配符匹配_状态转移_02与 Leetcode No.44 通配符匹配_原力计划相同)∧dp[i−1][j−1]

其中 ∧ 表示逻辑与运算。也就是说,dp[i][j] 为真,当且仅当dp[i−1][j−1] 为真,并且 Leetcode No.44 通配符匹配_状态转移_02Leetcode No.44 通配符匹配_原力计划相同。

如果 Leetcode No.44 通配符匹配_原力计划是问号,那么对Leetcode No.44 通配符匹配_状态转移_02没有任何要求,状态转移方程为:
dp[i][j]=dp[i−1][j−1]

如果 Leetcode No.44 通配符匹配_原力计划是星号,那么同样对Leetcode No.44 通配符匹配_状态转移_02 没有任何要求,但是星号可以匹配零或任意多个小写字母,因此状态转移方程分为两种情况,即使用或不使用这个星号:
dp[i][j]=dp[i][j−1]∨dp[i−1][j]

其中∨ 表示逻辑或运算。如果我们不使用这个星号,那么就会从 dp[i][j−1] 转移而来;如果我们使用这个星号,那么就会从dp[i−1][j] 转移而来。

最终的状态转移方程如下:

Leetcode No.44 通配符匹配_字符串_13

我们也可以将前两种转移进行归纳:

Leetcode No.44 通配符匹配_原力计划_14
细节

只有确定了边界条件,才能进行动态规划。在上述的状态转移方程中,由于 dp[i][j] 对应着 s 的前 i 个字符和模式 p 的前 j 个字符,因此所有的 dp[0][j] 和dp[i][0] 都是边界条件,因为它们涉及到空字符串或者空模式的情况,这是我们在状态转移方程中没有考虑到的:

dp[0][0]=True,即当字符串 s 和模式 p 均为空时,匹配成功;

dp[i][0]=False,即空模式无法匹配非空字符串;

dp[0][j] 需要分情况讨论:因为星号才能匹配空字符串,所以只有当模式 p 的前 j 个字符均为星号时,dp[0][j] 才为真。

我们可以发现,dp[i][0] 的值恒为假,dp[0][j] 在 j 大于模式 p 的开头出现的星号字符个数之后,值也恒为假,而dp[i][j] 的默认值(其它情况)也为假,因此在对动态规划的数组初始化时,我们就可以将所有的状态初始化为False,减少状态转移的代码编写难度。

最终的答案即为 dp[m][n],其中 m 和 n 分别是字符串 s 和模式 p 的长度。需要注意的是,由于大部分语言中字符串的下标从 0 开始,因此Leetcode No.44 通配符匹配_状态转移_02 和 Leetcode No.44 通配符匹配_原力计划分别对应着 s[i-1] 和p[j−1]。

三、代码

class Solution {
public:
    bool isMatch(string s, string p) {
        int m = s.size();
        int n = p.size();
        vector<vector<int>> dp(m + 1, vector<int>(n + 1));
        dp[0][0] = true;
        for (int i = 1; i <= n; ++i) {
            if (p[i - 1] == '*') {
                dp[0][i] = true;
            }
            else {
                break;
            }
        }
        for (int i = 1; i <= m; ++i) {
            for (int j = 1; j <= n; ++j) {
                if (p[j - 1] == '*') {
                    dp[i][j] = dp[i][j - 1] | dp[i - 1][j];
                }
                else if (p[j - 1] == '?' || s[i - 1] == p[j - 1]) {
                    dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
                }
            }
        }
        return dp[m][n];
    }
};

四、复杂度分析

时间复杂度:O(mn),其中 m 和 n 分别是字符串 s 和模式 p 的长度。

空间复杂度:O(mn),即为存储所有(m+1)(n+1) 个状态需要的空间。此外,在状态转移方程中,由于dp[i][j] 只会从 dp[i][..] 以及dp[i−1][..] 转移而来,因此我们可以使用滚动数组对空间进行优化,即用两个长度为 n+1 的一维数组代替整个二维数组进行状态转移,空间复杂度为 O(n)。

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Leetcode No.44 通配符匹配_状态转移_17