40环状DNA序列的最小表示法Java版-青训营刷题

问题描述

小C正在研究一种环状的 DNA 结构，它由四种碱基A、C、G、T构成。这种环状结构的特点是可以从任何位置开始读取序列，因此一个长度为 n 的碱基序列可以有 n 种不同的表示方式。小C的任务是从这些表示中找到字典序最小的序列，即该序列的"最小表示"。

例如：碱基序列 ATCA 从不同位置读取可能的表示有 ATCA, TCAA, CAAT, AATC，其中 AATC 是字典序最小的表示。

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测试样例

样例1：

输入：dna_sequence = "ATCA"

输出：'AATC'

样例2：

输入：dna_sequence = "CGAGTC"

输出：'AGTCCG'

样例3：

输入：dna_sequence = "TTGAC"

输出：'ACTTG'

代码如下

public class Main {
    public static String solution(String dna_sequence) {
        // 将 DNA 序列加倍
        String doubledDna = dna_sequence + dna_sequence;
        // 初始化最小顺序为原始 DNA 序列
        String minOrder = dna_sequence;

        // 遍历加倍后的字符串，寻找最小的子串
        for (int i = 1; i < dna_sequence.length(); i++) {
            // 提取从当前索引开始的子串，长度与原始 DNA 序列相同
            String substring = doubledDna.substring(i, i + dna_sequence.length());
            // 如果当前子串比当前最小顺序更小，则更新最小顺序
            if (minOrder.compareTo(substring) >= 0) {
                minOrder = substring;
            }
        }

        return minOrder;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 测试用例
        System.out.println(solution("ATCA").equals("AATC")); // 输出 true
        System.out.println(solution("CGAGTC").equals("AGTCCG")); // 输出 true
        System.out.println(solution("TCATGGAGTGCTCCTGGAGGCTGAGTCCATCTCCAGTAG").equals("AGGCTGAGTCCATCTCCAGTAGTCATGGAGTGCTCCTGG")); // 输出 true
    }
}

代码解释

代码功能概述

这段代码的目的是找到一个 DNA 序列的最小循环子串。具体来说，对于一个给定的 DNA 序列，我们希望找到一个最小的子串，使得这个子串可以通过循环移位得到原始序列。例如，对于 DNA 序列 "ATCA"，其最小循环子串是 "AATC"，因为 "AATC" 是通过将 "ATCA" 循环左移一位得到的。

代码结构

代码包含一个 Main 类，其中定义了两个方法：

1. solution 方法：实现核心逻辑，用于找到最小循环子串。

2. main 方法 ：测试 solution 方法的正确性。

代码详细解释

1. solution 方法

java复制

public static String solution(String dna_sequence) {
    // 将 DNA 序列加倍
    String doubledDna = dna_sequence + dna_sequence;
    // 初始化最小顺序为原始 DNA 序列
    String minOrder = dna_sequence;

    // 遍历加倍后的字符串，寻找最小的子串
    for (int i = 1; i < dna_sequence.length(); i++) {
        // 提取从当前索引开始的子串，长度与原始 DNA 序列相同
        String substring = doubledDna.substring(i, i + dna_sequence.length());
        // 如果当前子串比当前最小顺序更小，则更新最小顺序
        if (minOrder.compareTo(substring) >= 0) {
            minOrder = substring;
        }
    }

    return minOrder;
}

关键逻辑解释

1. 加倍 DNA 序列：

   java复制

   String doubledDna = dna_sequence + dna_sequence;
   

   • 为了能够比较所有可能的循环子串，我们将原始 DNA 序列加倍。例如，对于 "ATCA"，加倍后的结果是 "ATCAATCA"。这样可以方便地通过索引截取所有可能的循环子串。

2. 初始化最小顺序：

   java复制

   String minOrder = dna_sequence;
   

   • 将 minOrder 初始化为原始 DNA 序列。这是为了在循环中有一个初始的比较基准。

3. 循环遍历加倍后的字符串：

   java复制

   for (int i = 1; i < dna_sequence.length(); i++) {
       String substring = doubledDna.substring(i, i + dna_sequence.length());
       if (minOrder.compareTo(substring) >= 0) {
           minOrder = substring;
       }
   }
   

   • 循环范围 ：从索引 1 开始，一直到 dna_sequence.length() - 1。这是因为索引 0 对应的子串就是原始 DNA 序列本身。

   • 提取子串 ：通过 doubledDna.substring(i, i + dna_sequence.length()) 提取从索引 i 开始的子串，长度与原始 DNA 序列相同。例如，对于 "ATCAATCA"，当 i = 1 时，提取的子串是 "TCAATC"。

   • 比较子串 ：使用 compareTo 方法比较当前子串和 minOrder。如果当前子串更小（或相等），则更新 minOrder。

4. 返回结果：

   java复制

   return minOrder;
   

   • 最终返回找到的最小循环子串。

2. main 方法

java复制

public static void main(String[] args) {
    // 测试用例
    System.out.println(solution("ATCA").equals("AATC")); // 输出 true
    System.out.println(solution("CGAGTC").equals("AGTCCG")); // 输出 true
    System.out.println(solution("TCATGGAGTGCTCCTGGAGGCTGAGTCCATCTCCAGTAG").equals("AGGCTGAGTCCATCTCCAGTAGTCATGGAGTGCTCCTGG")); // 输出 true
}

关键逻辑解释

• 测试用例：

  • 使用 solution 方法对几个测试用例进行测试。

  • 使用 equals 方法比较 solution 方法的返回值是否与预期结果一致。

  • 如果一致，输出 true；否则输出 false。

总结

这段代码通过加倍 DNA 序列，然后逐个提取子串进行比较，最终找到最小的循环子串。这种方法利用了字符串加倍的技巧，避免了复杂的循环移位操作，使得代码更加简洁高效。