動態規劃法(三)——最長公共子序列
阿新 • • 發佈:2019-01-29
問題描述
給定兩個序列,求出它們的最長公共子序列。
如:序列X={a,b,c,b,d,a,b},Y={b,d,c,a,b,a},則X和Y的最長公共子序列為{b,c,b,a}
- 子序列:子序列為原序列的一個子集,並不要求連續,但要求子序列中元素的順序和原序列元素的順序一致。
定理
設兩個序列分別是X={x1,x2……,xm},Y={y1,y2……,yn},它們的最長公共子序列為Z={z1,z2,……,zk}。
- 若xm=yn,則先求Xm-1和Yn-1的最長公共子序列,再在其尾部加上xm即可得Xm和Yn的最長公共子序列。
- 若xm!=yn,則必須分別求Xm、Yn-1和Xm-1、Yn的最長公共子序列,其中較長者就是Xm和Yn的最長公共子序列。
資料結構
c[i][j]:
用來記錄Xi和Yj的最長公共子序列的長度。s[i][j]:
用來標識Xi和Yi的最長公共子序列是由哪種情況得來:c[i][j-1]、c[i-1][j]、c[i][j]+1。
該陣列能還原出最長公共子序列。
演算法思路
1. 生成c陣列和s陣列所有元素
- 將c陣列的第0行、第0列初始化為0;
- 從c陣列的第一行、第一列開始,依次從左向右、從上到下填充元素值:
a)若x[i]==y[j],則c[i][j]=c[i-1][j-1]+1,s[i][j]=1;
b)若x[i]!=y[j],則分別計算c[i][j-1]、c[i-1][j],將大的那個作為c[i][j];並且,如果c[i-1][j]>=c[i][j-1],則s[i][j]=2;如果c[i-1][j]< c[i][j-1],則s[i][j]=3;
2. 根據s陣列求得最長公共子序列
程式碼實現
private int[][] c;
private int[][] s;
1. 生成c陣列和s陣列所有元素
void LCSLength(String a, String b){
// x和y的最前端分別加上0
char[] x = ("0"+a).toCharArray();
char[] y = ("0"+b).toCharArray();
c = new int[x.length][y.length];
s = new int[x.length][y.length];
// 初始化c、s
for( int i=0; i<x.length; i++ ){
c[i][0] = 0;
}
for( int i=0; i<y.length; i++ ){
c[0][i] = 0;
}
// 從上到下、從左到右填充c、s陣列
for( int i=1; i<x.length; i++ ){
for( int j=1; j<y.length; j++ ){
if( x[i]==y[j] ){
c[i][j] = c[i-1][j-1]+1;
s[i][j] = 1;
}
else if ( c[i-1][j] >= c[i][j-1] ){
c[i][j] = c[i-1][j];
s[i][j] = 2;
}
else {
c[i][j] = c[i][j-1];
s[i][j] = 3;
}
}
}
}
2. 根據s陣列求得最長公共子序列
StringBuilder sb = new StringBuilder();
void CLCS( int i, int j ){
if ( i==0 || j==0 ) return;
if ( s[i][j]==1 ) {
CLCS( i-1,j-1 );
sb.append( x[i] ); // 為了讓公共子序列正序輸出,因此需要在遞迴呼叫之後將x[i]新增至sb
}
else if ( s[i][j]==2 ){
CLCS( i-1,j );
}
else {
CLCS( i,j-1 );
}
}
圖示
初始化c和s陣列,將第0行、第0列都設為0:
從第一行、第一列開始,依次從左到右、從上到下填充c和s陣列:
當c和s都填充完畢後,就可以根據s陣列找到最長公共子序列
從s陣列最右下角的元素開始:
a)若s[i][j]==1,則找到一個字元,並繼續比較左上角的元素;
b)若s[i][j]==2,則繼續比較上方的元素;
c)s[i][j]==3,則繼續比較左側的元素。
d)直到i==0或j==0為止。