在自然语言处理、拼写纠错、模糊搜索等场景中,我们经常需要衡量两个字符串之间的相似度。编辑距离(Edit Distance) 就是一个经典的衡量方式,它描述了将一个字符串转换为另一个字符串所需的最少操作次数。
一、问题定义:什么是编辑距离?
编辑距离,也称为 Levenshtein Distance,指的是将字符串 A 转换成字符串 B 所需的最少操作次数。操作允许:
- • 插入一个字符(Insert)
- • 删除一个字符(Delete)
- • 替换一个字符(Replace)
示例:
            
            
              ini
              
              
            
          
          A = "kitten"
B = "sitting"
编辑距离 = 3
解释:
kitten → sitten(k → s) → sittin(e → i)→ sitting(插入 g)二、应用场景
编辑距离广泛应用于:
- • 搜索引擎模糊匹配(例如:"gooogle" 应该匹配 "google")
- • 拼写检查和自动纠正
- • 语音识别、OCR纠错
- • DNA序列比对
三、解决思路:动态规划(DP)
1. 状态定义
设 dp[i][j] 表示将字符串 A 的前 i 个字符转换成字符串 B 的前 j 个字符所需的最小操作数。
2. 状态转移方程
我们可以从三个方向转移过来:
- • 插入:dp[i][j-1] + 1(B 多了个字符)
- • 删除:dp[i-1][j] + 1(A 多了个字符)
- • 替换或匹配:dp[i-1][j-1] + cost
- 
- • 如果 A[i-1] == B[j-1],cost = 0
- • 否则 cost = 1
 
- • 如果 
最终状态转移为:
            
            
              css
              
              
            
          
          dp[i][j] = min(
    dp[i-1][j] + 1,          // 删除
    dp[i][j-1] + 1,          // 插入
    dp[i-1][j-1] + cost      // 替换/匹配
)3. 初始化
- • dp[0][j] = j:将空串变成 B 前 j 个字符需要插入 j 次;
- • dp[i][0] = i:将 A 前 i 个字符变成空串需要删除 i 次。
四、Go语言实现
动态规划二维实现:
            
            
              css
              
              
            
          
          package main
import (
    "fmt"
    "math"
)
func MinDistance(a, b string) int {
    m, n := len(a), len(b)
    dp := make([][]int, m+1)
    // 初始化二维数组
    for i := range dp {
        dp[i] = make([]int, n+1)
    }
    // 初始化第一列和第一行
    for i := 0; i <= m; i++ {
        dp[i][0] = i
    }
    for j := 0; j <= n; j++ {
        dp[0][j] = j
    }
    // 状态转移
    for i := 1; i <= m; i++ {
        for j := 1; j <= n; j++ {
            cost := 0
            if a[i-1] != b[j-1] {
                cost = 1
            }
            dp[i][j] = min(
                dp[i-1][j]+1,   // 删除
                dp[i][j-1]+1,   // 插入
                dp[i-1][j-1]+cost, // 替换/匹配
            )
        }
    }
    return dp[m][n]
}
func min(a, b, c int) int {
    return int(math.Min(float64(a), math.Min(float64(b), float64(c))))
}
func main() {
    a := "kitten"
    b := "sitting"
    fmt.Printf("编辑距离 between '%s' and '%s' is: %d\n", a, b, MinDistance(a, b))
}五、运行示例
            
            
              ini
              
              
            
          
          输入:
a = "kitten"
b = "sitting"
输出:
编辑距离 between 'kitten' and 'sitting' is: 3六、时间与空间复杂度分析
- • 时间复杂度 :O(m * n)
 因为我们遍历了大小为 m x n 的二维数组;
- • 空间复杂度 :O(m * n)
 用于存储状态的二维数组。
七、空间优化版本(滚动数组)
可以优化为一维数组来降低空间:
            
            
              go
              
              
            
          
          func MinDistanceOptimized(a, b string) int {
    m, n := len(a), len(b)
    prev := make([]int, n+1)
    curr := make([]int, n+1)
    // 初始化第一行
    for j := 0; j <= n; j++ {
        prev[j] = j
    }
    for i := 1; i <= m; i++ {
        curr[0] = i
        for j := 1; j <= n; j++ {
            cost := 0
            if a[i-1] != b[j-1] {
                cost = 1
            }
            curr[j] = min(
                curr[j-1]+1,      // 插入
                prev[j]+1,        // 删除
                prev[j-1]+cost,   // 替换
            )
        }
        prev, curr = curr, prev
    }
    return prev[n]
}八、拓展:支持更多操作的变种编辑距离
- 
• Damerau-Levenshtein 距离 :除了插入、删除、替换,还支持交换相邻字符; 
- 
• 带权重的编辑距离:不同操作赋予不同代价; 
- 
• 相似度计算:将编辑距离转为百分比相似度,比如: csssimilarity := 1 - float64(distance) / float64(max(len(a), len(b)))
九、实战应用场景举例
| 场景 | 作用描述 | 
|---|---|
| 搜索引擎 | 用户输入有误时自动推荐相似关键词 | 
| 拼写检查 | IDE、文本编辑器纠正英文单词 | 
| 语音/图像识别后处理 | 自动修正识别错误的单词序列 | 
| 文件比对工具 | 如 Git diff、文本比较器 | 
| 生物信息学 | DNA/RNA 序列比对、蛋白质比对 | 
十、总结
| 点位 | 内容 | 
|---|---|
| 算法思想 | 动态规划 | 
| 实现结构 | dp[i][j]表示 A 的前 i 个字符转换为 B 的前 j 个字符的最小编辑距离 | 
| 时间复杂度 | O(m * n) | 
| 空间优化 | 支持优化为滚动数组,空间降为 O(n) | 
| 实战价值 | 应用场景极广,从 NLP 到搜索再到生物信息学 |