编辑距离(Levenshtein Distance)及其在Python中的应用
引言
编辑距离(Levenshtein Distance)是一种衡量两个字符串之间相似度的指标。它定义为将一个字符串转换为另一个字符串所需的最少操作次数,操作包括插入、删除和替换字符。
编辑距离在计算机科学中有广泛的应用,例如拼写检查、DNA序列比对和文本相似度分析等。在本文中,我们将介绍编辑距离的概念及其在Python中的应用。
编辑距离的定义
给定两个字符串s和t,编辑距离可以通过以下递归公式定义:
d(s, t) = {
0, if s == t,
d(s[1:], t[1:]), if s[0] == t[0],
1 + min(d(s[1:], t), d(s, t[1:]), d(s[1:], t[1:])), otherwise
}
其中,d(s, t)表示字符串s和t之间的编辑距离,s[1:]表示s去除第一个字符之后的子串,t[1:]表示t去除第一个字符之后的子串。
动态规划求解编辑距离
上述的递归公式可以通过动态规划的方法求解。我们可以使用一个二维数组dp来保存中间结果,其中dp[i][j]表示字符串s的前i个字符和字符串t的前j个字符之间的编辑距离。
def edit_distance(s, t):
m, n = len(s), len(t)
dp = [[0] * (n+1) for _ in range(m+1)]
for i in range(m+1):
dp[i][0] = i
for j in range(n+1):
dp[0][j] = j
for i in range(1, m+1):
for j in range(1, n+1):
if s[i-1] == t[j-1]:
dp[i][j] = dp[i-1][j-1]
else:
dp[i][j] = 1 + min(dp[i-1][j], dp[i][j-1], dp[i-1][j-1])
return dp[m][n]
示例
我们来看一个具体的例子,计算字符串"leetcode"和"editdistance"之间的编辑距离。
s = "leetcode"
t = "editdistance"
distance = edit_distance(s, t)
print(distance) # 输出结果为6
状态图
下面是编辑距离求解过程中的状态转移图:
stateDiagram
[*] --> dp[0][0]
dp[0][0] --> dp[0][1]
dp[0][0] --> dp[1][0]
dp[0][1] --> dp[1][1]
dp[0][1] --> dp[0][2]
dp[1][0] --> dp[2][0]
dp[1][1] --> dp[2][1]
dp[1][1] --> dp[1][2]
dp[1][1] --> dp[2][2]
dp[1][2] --> dp[2][2]
dp[2][0] --> dp[3][0]
dp[2][1] --> dp[3][0]
dp[2][1] --> dp[2][2]
dp[2][2] --> dp[3][2]
dp[2][2] --> dp[2][3]
dp[3][0] --> dp[4][0]
dp[3][0] --> dp[3][1]
dp[3][0] --> dp[4][1]
dp[3][1] --> dp[4][2]
dp[3][1] --> dp[3][2]
dp[3][1] --> dp[4][3]
dp[3][2] --> dp[4][2]
dp[3][2] --> dp[4][3]
dp[3][2] --> dp[3][3]
dp[4][0] --> dp[5][0]
dp[4][1] --> dp[5][0]
dp[4][1] --> dp[4][2]
dp[4][1] --> dp[5][2]
dp[4][2] --> dp[5][2]
dp[4][