后端开发刷题 | 最长公共子序列(非连续)

描述

给定两个字符串str1和str2,输出两个字符串的最长公共子序列。如果最长公共子序列为空,则返回"-1"。目前给出的数据,仅仅会存在一个最长的公共子序列。

数据范围:0≤∣str1∣,∣str2∣≤2000

要求:空间复杂度 O(n2),时间复杂度 O(n2)

示例1

输入:

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"1A2C3D4B56","B1D23A456A"

返回值:

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"123456"

示例2

输入:

复制代码
"abc","def"

返回值:

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"-1"

示例3

输入:

复制代码
"abc","abc"

返回值:

复制代码
"abc"

示例4

输入:

复制代码
"ab",""

返回值:

复制代码
"-1"

思路分析:

求解两个字符串 s1s2 的最长公共子序列(Longest Common Subsequence, LCS)的问题。最长公共子序列是指两个序列共有的子序列中长度最长的那一个,但它不一定要求连续。这个问题是动态规划的一个经典应用。

  1. 初始化变量
    • len1len2 分别表示字符串 s1s2 的长度。
    • 创建一个二维数组 dp,大小为 (len1 + 1) x (len2 + 1)dp[i][j] 用于存储 s1 的前 i 个字符和 s2 的前 j 个字符之间的最长公共子序列。注意,这里使用 String[][] 而不是通常的 int[][],因为我们需要直接存储子序列的字符串形式,而不是仅仅存储长度。
    • i == 0j == 0 时,即任一字符串为空时,最长公共子序列显然为空字符串 ""。因此,初始化 dp 数组的第一行和第一列为空字符串。
  2. 状态转移
    • 遍历 s1s2 的所有字符(从索引 1 开始,因为索引 0 已经初始化为空字符串)。
    • 如果当前字符相等(s1.charAt(i - 1) == s2.charAt(j - 1)),则最长公共子序列可以通过将当前字符添加到 dp[i-1][j-1] 的结果上来得到。这是因为当前字符在两个字符串中都出现,所以它可以被添加到之前的最长公共子序列中。
    • 如果当前字符不相等,则最长公共子序列要么是 dp[i-1][j](即不考虑 s1 的当前字符),要么是 dp[i][j-1](即不考虑 s2 的当前字符),取决于哪一个更长。
  3. 返回结果
    • 最终,dp[len1][len2] 存储了整个 s1s2 的最长公共子序列。如果结果为空字符串(理论上不会发生,除非输入就是空字符串),则返回 "-1" 作为错误或特殊情况的指示。

代码:

java 复制代码
import java.util.*;

public class Solution {
    /**
     * longest common subsequence
     * @param s1 string字符串 the string
     * @param s2 string字符串 the string
     * @return string字符串
     */
    public String LCS (String s1, String s2) {
        int len1 = s1.length(), len2 = s2.length();
        // 明确状态: 当前需要处理的s1和s2分别前i和前j个元素
        // dp[i][j]表示从左到右,当处理到s1的第i个元素和s2的第j个元素时的公共子序列
        String[][] dp = new String[len1 + 1][len2 + 1];
        //当i==0或j==0的情况,dp[i][j]为"",因为空字符串没有公共子序列
        for (int i = 0; i <= len1; i++) {
            // j == 0
            dp[i][0] = "";
        }
        for (int j = 0; j <= len2; j++) {
            // i == 0
            dp[0][j] = "";
        }
        // 状态转移
        for (int i = 1; i <= len1; i++) {
            for (int j = 1; j <= len2; j++) {
                // 当前字符相等,则添加结果
                if (s1.charAt(i - 1) == s2.charAt(j - 1)) {
                    dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] + s1.charAt(i - 1);
                } else {
                    // 当前字符不相等,则还需要分两种情况,取长度较长的情况
                    dp[i][j] = dp[i - 1][j].length() > dp[i][j - 1].length() ? dp[i - 1][j] :
                               dp[i][j - 1];
                }
            }
        }
        return dp[len1][len2] == "" ? "-1" : dp[len1][len2];
    }
}
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