动态规划法
经常会遇到复杂问题不能简单地分解成几个子问题,而会分解出一系列的子问题。简单地采用把大问题分解成子问题,并综合子问题的解导出大问题的解的方法,问题求解耗时会按问题规模呈幂级数增加。
为了节约重复求相同子问题的时间,引入一个数组,不管它们是否对最终解有用,把所有子问题的解存于该数组中,这就是动态规划法所采用的基本方法。
【问题】 求两字符序列的最长公共字符子序列
问题描述:字符序列的子序列是指从给定字符序列中随意地(不一定连续)去掉若干个字符(可能一个也不去掉)后所形成的字符序列。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:
公共子序列长度
public int findLCS(String A, String B) {
int n = A.length();
int m = B.length();
char[] a = A.toCharArray();
char[] b = B.toCharArray();
int[][] db = new int[n][m];
for (int i = 0; i < n; i++) {
if (a[i] == b[0]) {
db[i][0] = 1;
for (int j = i + 1; j < n; j++) {
db[j][0] = 1;
}
break;
}
}
for (int i = 0; i < m; i++) {
if (a[0] == b[i]) {
db[0][i] = 1;
for (int j = i + 1; j < m; j++) {
db[0][j] = 1;
}
break;
}
}
for (int i = 1; i < n; i++) {
for (int j = 1; j < m; j++) {
if (a[i] == b[j]) {
db[i][j] = db[i - 1][j - 1] + 1;
} else {
db[i][j] = Math.max(db[i - 1][j], db[i][j - 1]);
}
}
}
for(int i = 0;i<n;i++){
for(int j = 0;j<m;j++){
System.out.print(db[i][j]+" ");
}
System.out.println();
}
return db[n-1][m-1];
}
ublic void FromJava() {
String str1 = new String("binghaven");
String str2 = new String("jingseven");
int n= findLCS (str1,str2);
System.out.println("子序列长度" +String.valueOf(n));
10-18 18:18:41.143 3621-3621/com.vise.snowdemo I/System.out: 0 0 0 0 0 0 0 0 0
10-18 18:18:41.143 3621-3621/com.vise.snowdemo I/System.out: 0 1 1 1 1 1 1 1 1
10-18 18:18:41.143 3621-3621/com.vise.snowdemo I/System.out: 0 1 2 2 2 2 2 2 2
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10-18 18:18:41.143 3621-3621/com.vise.snowdemo I/System.out: 0 1 2 3 3 3 3 3 3
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10-18 18:18:41.143 3621-3621/com.vise.snowdemo I/System.out: 0 1 2 3 3 3 4 4 4
10-18 18:18:41.143 3621-3621/com.vise.snowdemo I/System.out: 0 1 2 3 3 4 4 5 5
10-18 18:18:41.143 3621-3621/com.vise.snowdemo I/System.out: 0 1 2 3 3 4 4 5 6
10-18 18:18:41.143 3621-3621/com.vise.snowdemo I/System.out: 子序列长度6