最长回文子串----LeetCode----(3)

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题目:

给定一个字符串 s,找到 s 中最长的回文子串。你可以假设 s 的最大长度为 1000。

示例 1:

输入: "babad"
输出: "bab"
注意: "aba" 也是一个有效答案。

示例 2:

输入: "cbbd"
输出: "bb"

 刚开始我的思路:

      最开始我也不知道回文是什么意思,但是我按照自己的理解,也能够理解题目啥意思,大概就是如果一个字符串前后有相同的字符,那么包括它在内的组成了最长子串。

所以我的编程思路大概就是,首先遍历字符串,然后将每个字符串存入一个新的列表当中,存入前判断,存入的字符是否已经在列表当中,如果在,那么说明他们之前的字符串组成了 最长子串,然后写下了如下代码:

class Solution:
    def longestPalindrome(self, s):
        """
        :type s: str
        :rtype: str
        """
        if (s == null or len(s) < 1) return "";
        str_num = []
        new_str ='' # 有重复
        for i in s:
            if i in str_num:
                index = 0;
                for j in range(len(str_num)):  # 找到最开始的索引
                    if str_num[j] == i:
                        index = j
                for a in range(index, len(str_num)):  # 拼接新字符串
                    new_str += str_num[a]
                new_str += i  # 加上结尾
                return new_str
                new_str = ''
            str_num.append(i)
        return s[-1:]
                

感觉还是挺简单的,执行的时候,自己的测试用例都能通过,但是提交就不能过用例。分析原因,考虑的情况太少了。没能完全理解回文,然后查看了答案,和别人的解法:补充完整。

class Solution:
    def longestPalindrome(self, s):
        """
        :type s: str
        :rtype: str
        """
        str = ""
        for i in range(2*len(s)-1):
            if i%2 == 0:
                start = end = i//2
                while start>=0 and end<len(s) and s[start]==s[end]:
                    start-=1
                    end+=1
            else:
                start = (i-1) // 2
                end = (i+1) //2
                while start>=0 and end<len(s) and s[start]==s[end]:
                    start-=1
                    end+=1
            if len(str)<=(end-start-1):
                str=s[start+1:end]
        return str

官方思路以及解答:

摘要

这篇文章是为中级读者而写的。它介绍了回文,动态规划以及字符串处理。请确保你理解什么是回文。回文是一个正读和反读都相同的字符串,例如,\textrm{“aba”}“aba” 是回文,而 \textrm{“abc”}“abc” 不是。

解决方案


方法一:最长公共子串

常见错误

有些人会忍不住提出一个快速的解决方案,不幸的是,这个解决方案有缺陷(但是可以很容易地纠正):

反转 SS,使之变成 S'S′。找到 SS 和 S'S′ 之间最长的公共子串,这也必然是最长的回文子串。

这似乎是可行的,让我们看看下面的一些例子。

例如,S = \textrm{“caba”}S=“caba” , S' = \textrm{“abac”}S′=“abac”:

SS 以及 S'S′ 之间的最长公共子串为 \textrm{“aba”}“aba”,恰恰是答案。

让我们尝试一下这个例子:S = \textrm{“abacdfgdcaba”}S=“abacdfgdcaba” , S' = \textrm{“abacdgfdcaba”}S′=“abacdgfdcaba”:

SS 以及 S'S′ 之间的最长公共子串为 \textrm{“abacd”}“abacd”,显然,这不是回文。

算法

我们可以看到,当 SS 的其他部分中存在非回文子串的反向副本时,最长公共子串法就会失败。为了纠正这一点,每当我们找到最长的公共子串的候选项时,都需要检查子串的索引是否与反向子串的原始索引相同。如果相同,那么我们尝试更新目前为止找到的最长回文子串;如果不是,我们就跳过这个候选项并继续寻找下一个候选。

这给我们提供了一个复杂度为 O(n^2)O(n2) 动态规划解法,它将占用 O(n^2)O(n2) 的空间(可以改进为使用 O(n)O(n) 的空间)。请在这里阅读更多关于最长公共子串的内容。 
 


方法二:暴力法

很明显,暴力法将选出所有子字符串可能的开始和结束位置,并检验它是不是回文。

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(n^3)O(n3),假设 nn 是输入字符串的长度,则 \binom{n}{2} = \frac{n(n-1)}{2}(2n​)=2n(n−1)​ 为此类子字符串(不包括字符本身是回文的一般解法)的总数。因为验证每个子字符串需要 O(n)O(n) 的时间,所以运行时间复杂度是 O(n^3)O(n3)。

  • 空间复杂度:O(1)O(1)。 
     


方法三:动态规划

为了改进暴力法,我们首先观察如何避免在验证回文时进行不必要的重复计算。考虑 \textrm{“ababa”}“ababa” 这个示例。如果我们已经知道 \textrm{“bab”}“bab” 是回文,那么很明显,\textrm{“ababa”}“ababa” 一定是回文,因为它的左首字母和右尾字母是相同的。

我们给出 P(i,j)P(i,j) 的定义如下:

P(i,j) = \begin{cases} \text{true,} &\quad\text{如果子串} S_i \dots S_j \text{是回文子串}\\ \text{false,} &\quad\text{其它情况} \end{cases}P(i,j)={true,false,​如果子串Si​…Sj​是回文子串其它情况​

因此,

P(i, j) = ( P(i+1, j-1) \text{ and } S_i == S_j )P(i,j)=(P(i+1,j−1) and Si​==Sj​)

基本示例如下:

P(i, i) = trueP(i,i)=true

P(i, i+1) = ( S_i == S_{i+1} )P(i,i+1)=(Si​==Si+1​)

这产生了一个直观的动态规划解法,我们首先初始化一字母和二字母的回文,然后找到所有三字母回文,并依此类推…

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(n^2)O(n2), 这里给出我们的运行时间复杂度为 O(n^2)O(n2) 。

  • 空间复杂度:O(n^2)O(n2), 该方法使用 O(n^2)O(n2) 的空间来存储表。

补充练习

你能进一步优化上述解法的空间复杂度吗? 
 


方法四:中心扩展算法

事实上,只需使用恒定的空间,我们就可以在 O(n^2)O(n2) 的时间内解决这个问题。

我们观察到回文中心的两侧互为镜像。因此,回文可以从它的中心展开,并且只有 2n - 12n−1 个这样的中心。

你可能会问,为什么会是 2n - 12n−1 个,而不是 nn 个中心?原因在于所含字母数为偶数的回文的中心可以处于两字母之间(例如 \textrm{“abba”}“abba” 的中心在两个 \textrm{‘b’}‘b’ 之间)。

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(n^2)O(n2), 由于围绕中心来扩展回文会耗去 O(n)O(n) 的时间,所以总的复杂度为 O(n^2)O(n2)。

  • 空间复杂度:O(1)O(1)。 

------------------------------------分界线  20190226-------------------------------------------------------------------------------------------------------------动态规划:

具体可参考:https://www.sohu.com/a/153858619_466939

下面介绍动态规划的方法,使用动态规划可以达到最优的 O(n2) 复杂度。

  令 dp[i][j] 表示 S[i] 至 S[j] 所表示的子串是否是回文子串,是则为 1,不是则为 0。这样根据 S[i] 是否等于 S[j] ,可以把转移情况分为两类:

    1.  若 S[i] == S[j],那么只要 S[i+1] 至 S[j-1] 是回文子串,S[i] 至 S[j] 就是回文子串;如果S[i+1] 至 S[j-1] 不是回文子串,则 S[i] 至 S[j] 也不是回文子串。
    2.  若 S[i] != S[j],那么 S[i] 至 S[j] 一定不是回文子串。    

  由此可以写出状态转移方程

          dp[i][j]={dp[i+1][j−1],S[i]==S[j]0,S[i]!=S[j]dp[i][j]={dp[i+1][j−1],S[i]==S[j]0,S[i]!=S[j]

  边界:dp[i][i]=1,dp[i][i+1] = (S[i] == S[i+1]) ? 1 : 0。

  根据递推写法从边界出发的原理,注意到边界表示的是长度为 1 和 2 的子串,且每次转移时都对子串的长度减了 1,因此不妨考虑按子串的长度和子串的初始位置进行枚举,即第一遍将长度为 3 的子串的 dp 值全部求出,第二遍通过第一遍结果计算出长度为 4 的子串的 dp 值 ……

/*
 2     最长回文子串 
 3 */
 4 
 5 #include <stdio.h>
 6 #include <string.h>
 7 #include <math.h>
 8 #include <stdlib.h>
 9 #include <time.h>
10 #include <stdbool.h>
11 
12 #define maxn 1010
13 char S[maxn];
14 int dp[maxn][maxn];                 
15 
16 int main() {
17     gets(S);                        // 输入整行字符 
18     int len=strlen(S), ans=1;        // ans 记录最长回文子串长度 
19     int i, j, L;        
20     // 边界 
21     for(i=0; i<len; ++i) {            
22         dp[i][i] = 1;
23         if(i < len-1) {
24             if(S[i] == S[i+1]) {
25                 dp[i][i+1] = 1;
26                 ans = 2;
27             }
28         }
29     }
30     // 状态转移方程 
31     for(L=3; L<=len; ++L) {            // 枚举子串长度 
32         for(i=0; i+L-1 < len; ++i) {    // 枚举子串的起始节点 
33             j = i+L-1;                // 子串的右端结点 
34             if(S[i]==S[j] && dp[i+1][j-1]==1) {
35                 dp[i][j] = 1;
36                 ans = L;            // 更新最长回文子串长度 
37             }
38         }
39     }
40     printf("%d\n", ans);            // 输出 
41 
42     return 0;
43 }

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