【算法与数据结构】583、72、LeetCode两个字符串的删除操作+编辑距离

晚安662024-02-06 14:40

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一、583、两个字符串的删除操作

思路分析：本题的思路和115、不同的子序列差不多，只是变成了两个字符串都能删除字符。

  1. 第一步，动态数组的含义。 d p [ i ] [ j ] dp[i][j] dp[i][j]代表使得 w o r d 1 [ 0 , i − 1 ] word1[0, i-1] word1[0,i−1]和 w r o d 2 [ 0 , j − 1 ] wrod2[0, j-1] wrod2[0,j−1]相等所需删除的最小步数。
  2. 第二步，递推公式。 d p [ i ] [ j ] dp[i][j] dp[i][j]可以由两种情况推导出来：
  • w o r d 1 [ i − 1 ] word1[i - 1] word1[i−1]与 w o r d 2 [ j − 1 ] word2[j - 1] word2[j−1]相同：那么最小步数和使得 w o r d 1 [ 0 , i − 2 ] word1[0, i-2] word1[0,i−2]和 w r o d 2 [ 0 , j − 2 ] wrod2[0, j-2] wrod2[0,j−2]相等所需删除的最小步数相同。 d p [ i ] [ j ] = d p [ i − 1 ] [ j − 1 ] dp[i][j] = dp[i-1][j-1] dp[i][j]=dp[i−1][j−1]。
  • w o r d 1 [ i − 1 ] word1[i - 1] word1[i−1]与 w o r d 2 [ j − 1 ] word2[j - 1] word2[j−1]不相同：这种情况的 d p [ i ] [ j ] dp[i][j] dp[i][j]可以由三部分构成：若 w o r d 1 [ 0 , i − 2 ] word1[0, i - 2] word1[0,i−2]和 w o r d 2 [ 0 , j − 1 ] word2[0, j - 1] word2[0,j−1]做了 d p [ i − 1 ] [ j ] dp[i - 1][j] dp[i−1][j]次删除操作以后会相等，那么再删除 w o r d 1 [ i − 1 ] word1[i - 1] word1[i−1]以后又可以相等，即 d p [ i ] [ j ] = d p [ i − 1 ] [ j ] + 1 dp[i][j] = dp[i - 1][j] + 1 dp[i][j]=dp[i−1][j]+1；若 w o r d 1 [ 0 , i − 1 ] word1[0, i - 1] word1[0,i−1]和 w o r d 2 [ 0 , j − 2 ] word2[0, j - 2] word2[0,j−2]做了 d p [ i ] [ j − 1 ] dp[i][j - 1] dp[i][j−1]次删除操作以后会相等，那么再删除 w o r d 2 [ j − 1 ] word2[j - 1] word2[j−1]以后又可以相等，即 d p [ i ] [ j ] = d p [ i ] [ j − 1 ] + 1 dp[i][j] = dp[i][j - 1] + 1 dp[i][j]=dp[i][j−1]+1。因为要求最小步数，那么我们对两项取最小： d p [ i ] [ j ] = m i n ( d p [ i − 1 ] [ j ] + 1 , d p [ i ] [ j − 1 ] + 1 ) dp[i][j] = min(dp[i - 1][j] + 1, dp[i][j - 1] + 1) dp[i][j]=min(dp[i−1][j]+1,dp[i][j−1]+1)。
cpp 复制代码 
	if (word1[i - 1] == word2[j - 1]) dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
	else dp[i][j] = min(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]) + 1;
  1. 第三步，元素初始化。 d p [ i ] [ 0 ] dp[i][0] dp[i][0]（第一列）表示字符串 w o r d 1 [ 0 , i − 1 ] word1[0, i-1] word1[0,i−1]变成空字符串需要删除的最小字符个数。 d p [ 0 ] [ j ] dp[0][j] dp[0][j]（第一行）表示 w o r d 2 [ 0 , j − 1 ] word2[0, j-1] word2[0,j−1]变成空字符串需要删除的最小字符个数。其中，空字符串word1变成空字符串word2的个数为0。那么 d p [ 0 ] [ 0 ] = 0 , d p [ i ] [ 0 ] = i , d p [ 0 ] [ j ] = j dp[0][0]=0, dp[i][0] = i, dp[0][j] = j dp[0][0]=0,dp[i][0]=i,dp[0][j]=j。
cpp 复制代码 
		for (int i = 1; i <= word1.size(); i++) dp[i][0] = i;		// 第一列初始化为i
		for (int j = 1; j <= word2.size(); j++) dp[0][j] = j;		// 第一行初始化为i
  1. 第四步，递归顺序。一共有两层循环，从前往后进行遍历。
  2. 第五步，打印结果。

程序如下：

cpp 复制代码 
// 583、两个字符串的删除操作-动态规划
class Solution {
public:
	int minDistance(string word1, string word2) {
		vector<vector<uint64_t>> dp(word1.size() + 1, vector<uint64_t>(word2.size() + 1, 0));	// dp[0][0]为0
		for (int i = 1; i <= word1.size(); i++) dp[i][0] = i;		// 第一列初始化为i
		for (int j = 1; j <= word2.size(); j++) dp[0][j] = j;		// 第一行初始化为i
		for (int i = 1; i <= word1.size(); i++) {
			for (int j = 1; j <= word2.size(); j++) {
				if (word1[i - 1] == word2[j - 1]) dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
				else dp[i][j] = min(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]) + 1;
			}
		}
		return dp[word1.size()][word2.size()];
	}
};

复杂度分析：

  • 时间复杂度： O ( n ∗ m ) O(n*m) O(n∗m)， n n n和 m m m分别是两个字符串的长度。
  • 空间复杂度： O ( n ∗ m ) O(n*m) O(n∗m)。

二、72、编辑距离

思路分析：本题在583题的基础之上加入了插入和替换操作。我们同样用动态规划的方法分析。

  1. 第一步，动态数组的含义。 d p [ i ] [ j ] dp[i][j] dp[i][j]代表使得 w o r d 1 [ 0 , i − 1 ] word1[0, i-1] word1[0,i−1]和 w r o d 2 [ 0 , j − 1 ] wrod2[0, j-1] wrod2[0,j−1]相等所需的最小操作数。
  2. 第二步，递推公式。 d p [ i ] [ j ] dp[i][j] dp[i][j]可以由两种情况推导出来：
  • w o r d 1 [ i − 1 ] word1[i - 1] word1[i−1]与 w o r d 2 [ j − 1 ] word2[j - 1] word2[j−1]相同：那么最小操作数和使得 w o r d 1 [ 0 , i − 2 ] word1[0, i-2] word1[0,i−2]和 w r o d 2 [ 0 , j − 2 ] wrod2[0, j-2] wrod2[0,j−2]相等所需的最小操作数相同。 d p [ i ] [ j ] = d p [ i − 1 ] [ j − 1 ] dp[i][j] = dp[i-1][j-1] dp[i][j]=dp[i−1][j−1]。
  • w o r d 1 [ i − 1 ] word1[i - 1] word1[i−1]与 w o r d 2 [ j − 1 ] word2[j - 1] word2[j−1]不相同：这种情况的 d p [ i ] [ j ] dp[i][j] dp[i][j]可以由三部分构成：增加、删除和替换。删除部分和583题一致： d p [ i ] [ j ] = m i n ( d p [ i − 1 ] [ j ] + 1 , d p [ i ] [ j − 1 ] + 1 ) dp[i][j] = min(dp[i - 1][j] + 1, dp[i][j - 1] + 1) dp[i][j]=min(dp[i−1][j]+1,dp[i][j−1]+1)。而增加字符和删除的操作数没有区别。若 w o r d 1 [ 0 , i − 2 ] word1[0, i - 2] word1[0,i−2]和 w o r d 2 [ 0 , j − 2 ] word2[0, j - 2] word2[0,j−2]做了 d p [ i − 1 ] [ j − 1 ] dp[i - 1][j - 1] dp[i−1][j−1]次删除操作以后会相等，那么再替换 w o r d 1 [ i − 1 ] word1[i - 1] word1[i−1]或者 w o r d 2 [ j − 1 ] word2[j - 1] word2[j−1]之间任意一个元素以后又可以相等，即 d p [ i ] [ j ] = d p [ i − 1 ] [ j − 1 ] + 1 dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] + 1 dp[i][j]=dp[i−1][j−1]+1。因为要求最小操作数，那么我们对两项取最小： d p [ i ] [ j ] = m i n ( d p [ i − 1 ] [ j ] + 1 , d p [ i ] [ j − 1 ] + 1 , d p [ i − 1 ] [ j − 1 ] + 1 ) = m i n ( d p [ i − 1 ] [ j ] , d p [ i ] [ j − 1 ] , d p [ i − 1 ] [ j − 1 ] ) + 1 dp[i][j] = min(dp[i - 1][j] + 1, dp[i][j - 1] + 1, dp[i - 1][j - 1] + 1) = min(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1], dp[i - 1][j - 1]) + 1 dp[i][j]=min(dp[i−1][j]+1,dp[i][j−1]+1,dp[i−1][j−1]+1)=min(dp[i−1][j],dp[i][j−1],dp[i−1][j−1])+1。
cpp 复制代码 
	if (word1[i - 1] == word2[j - 1]) dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
	//else dp[i][j] = min(min(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;	// min()函数只接受两个参数，或者数组
	else dp[i][j] = min({ dp[i - 1][j], dp[i][j - 1], dp[i - 1][j - 1] }) + 1;
  1. 第三步，元素初始化。 d p [ i ] [ 0 ] dp[i][0] dp[i][0]（第一列）表示字符串 w o r d 1 [ 0 , i − 1 ] word1[0, i-1] word1[0,i−1]变成空字符串需要的最少操作数。 d p [ 0 ] [ j ] dp[0][j] dp[0][j]（第一行）表示 w o r d 2 [ 0 , j − 1 ] word2[0, j-1] word2[0,j−1]变成空字符串需要的最少操作数。其中，空字符串word1变成空字符串word2的个数为0。那么 d p [ 0 ] [ 0 ] = 0 , d p [ i ] [ 0 ] = i , d p [ 0 ] [ j ] = j dp[0][0]=0, dp[i][0] = i, dp[0][j] = j dp[0][0]=0,dp[i][0]=i,dp[0][j]=j。
cpp 复制代码 
	for (int i = 1; i <= word1.size(); i++) dp[i][0] = i;		// 第一列初始化为i
	for (int j = 1; j <= word2.size(); j++) dp[0][j] = j;		// 第一行初始化为i
  1. 第四步，递归顺序。一共有两层循环，从前往后进行遍历。
  2. 第五步，打印结果。

程序如下：

cpp 复制代码 
// 72、编辑距离-动态规划
class Solution2 {
public:
	int minDistance(string word1, string word2) {
		vector<vector<int>> dp(word1.size() + 1, vector<int>(word2.size() + 1, 0));	// dp[0][0]为0
		for (int i = 1; i <= word1.size(); i++) dp[i][0] = i;		// 第一列初始化为i
		for (int j = 1; j <= word2.size(); j++) dp[0][j] = j;		// 第一行初始化为i
		for (int i = 1; i <= word1.size(); i++) {
			for (int j = 1; j <= word2.size(); j++) {
				if (word1[i - 1] == word2[j - 1]) dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
				//else dp[i][j] = min(min(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;	// min()函数只接受两个参数，或者数组
				else dp[i][j] = min({ dp[i - 1][j], dp[i][j - 1], dp[i - 1][j - 1] }) + 1;
			}
		}
		return dp[word1.size()][word2.size()];
	}
};

复杂度分析：

  • 时间复杂度： O ( n ∗ m ) O(n*m) O(n∗m)， n n n和 m m m分别是两个字符串的长度。
  • 空间复杂度： O ( n ∗ m ) O(n*m) O(n∗m)。

三、完整代码

cpp 复制代码 
# include <iostream>
# include <vector>
# include <string>
using namespace std;

// 583、两个字符串的删除操作-动态规划
class Solution {
public:
	int minDistance(string word1, string word2) {
		vector<vector<uint64_t>> dp(word1.size() + 1, vector<uint64_t>(word2.size() + 1, 0));	// dp[0][0]为0
		for (int i = 1; i <= word1.size(); i++) dp[i][0] = i;		// 第一列初始化为i
		for (int j = 1; j <= word2.size(); j++) dp[0][j] = j;		// 第一行初始化为i
		for (int i = 1; i <= word1.size(); i++) {
			for (int j = 1; j <= word2.size(); j++) {
				if (word1[i - 1] == word2[j - 1]) dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
				else dp[i][j] = min(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]) + 1;
			}
		}
		return dp[word1.size()][word2.size()];
	}
};

// 72、编辑距离-动态规划
class Solution2 {
public:
	int minDistance(string word1, string word2) {
		vector<vector<int>> dp(word1.size() + 1, vector<int>(word2.size() + 1, 0));	// dp[0][0]为0
		for (int i = 1; i <= word1.size(); i++) dp[i][0] = i;		// 第一列初始化为i
		for (int j = 1; j <= word2.size(); j++) dp[0][j] = j;		// 第一行初始化为i
		for (int i = 1; i <= word1.size(); i++) {
			for (int j = 1; j <= word2.size(); j++) {
				if (word1[i - 1] == word2[j - 1]) dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
				//else dp[i][j] = min(min(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;	// min()函数只接受两个参数，或者数组
				else dp[i][j] = min({ dp[i - 1][j], dp[i][j - 1], dp[i - 1][j - 1] }) + 1;
			}
		}
		return dp[word1.size()][word2.size()];
	}
};

int main() {
	//string word1 = "sea", word2 = "eat";	// 测试案例
	//Solution s1;
	//int result = s1.minDistance(word1, word2);

	string word1 = "horse", word2 = "ros";	// 测试案例
	Solution2 s1;
	int result = s1.minDistance(word1, word2);

	cout << result << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

end

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