以下是**最长公共子序列(LCS)**和**最小编辑距离**两个算法的基本思想、分析和时间复杂度计算: --- ### **1. 最长公共子序列(LCS)** #### **基本思想** 最长公共子序列(LCS)的核心是通过动态规划构建一个二维表,记录两个字符串在不同前缀长度下的公共子序列的最大长度。 - 定义状态: 设 \( dp[i][j] \) 表示字符串 \( X[0:i] \) 和 \( Y[0:j] \) 的最长公共子序列长度。 - 状态转移方程: - 如果 \( X[i-1] == Y[j-1] \):说明当前字符可以纳入公共子序列: \[ dp[i][j] = dp[i-1][j-1] + 1 \] - 如果 \( X[i-1] \neq Y[j-1] \):说明当前字符不匹配,取之前子问题的最大值: \[ dp[i][j] = \max(dp[i-1][j], dp[i][j-1]) \] - 初始条件: \( dp[i][0] = 0 \) 和 \( dp[0][j] = 0 \),表示任意一个字符串和空串的最长公共子序列长度为 0。 - 最终结果: \( dp[m][n] \) 表示 \( X \) 和 \( Y \) 的最长公共子序列长度,其中 \( m, n \) 分别为 \( X \) 和 \( Y \) 的长度。 --- #### **算法分析** - **时间复杂度:** 构造 \( dp \) 表需要遍历 \( m \times n \) 的网格,其中 \( m \) 和 \( n \) 是两个字符串的长度。因此时间复杂度为 \( O(m \times n) \)。 - **空间复杂度:** 二维表 \( dp \) 的空间复杂度为 \( O(m \times n) \)。若只需要结果,可以优化为一维数组,降低到 \( O(\min(m, n)) \)。 --- ### **2. 最小编辑距离** #### **基本思想** 最小编辑距离的目的是计算将字符串 \( A \) 转换为字符串 \( B \) 的最小操作次数(插入、删除、替换)。同样使用动态规划构建一个二维表解决。 - 定义状态: \( dp[i][j] \) 表示将 \( A[0:i] \) 转换为 \( B[0:j] \) 的最小操作次数。 - 状态转移方程: - 如果 \( A[i-1] == B[j-1] \):当前字符无需修改: \[ dp[i][j] = dp[i-1][j-1] \] - 如果 \( A[i-1] \neq B[j-1] \):需要考虑三种操作: 1. **插入**:将 \( B[j-1] \) 插入到 \( A[0:i] \) 的末尾: \[ dp[i][j] = dp[i][j-1] + 1 \] 2. **删除**:删除 \( A[i-1] \): \[ dp[i][j] = dp[i-1][j] + 1 \] 3. **替换**:将 \( A[i-1] \) 替换为 \( B[j-1] \): \[ dp[i][j] = dp[i-1][j-1] + 1 \] 取三种操作的最小值: \[ dp[i][j] = \min(dp[i-1][j], dp[i][j-1], dp[i-1][j-1]) + 1 \] - 初始条件: \( dp[i][0] = i \) 表示将 \( A[0:i] \) 转换为空串需要删除 \( i \) 次, \( dp[0][j] = j \) 表示将空串转换为 \( B[0:j] \) 需要插入 \( j \) 次。 - 最终结果: \( dp[m][n] \) 表示从 \( A \) 转换为 \( B \) 的最小编辑距离,其中 \( m, n \) 分别为 \( A \) 和 \( B \) 的长度。 --- #### **算法分析** - **时间复杂度:** 与 LCS 相同,需要构造一个 \( m \times n \) 的动态规划表,时间复杂度为 \( O(m \times n) \)。 - **空间复杂度:** 二维表的空间复杂度为 \( O(m \times n) \)。通过滚动数组优化,可以降低到 \( O(\min(m, n)) \)。 --- ### **对比总结** | **算法** | **时间复杂度** | **空间复杂度** | **核心思想** | |-------------------|----------------|----------------|--------------------------------------| | 最长公共子序列 | \( O(m \times n) \) | \( O(m \times n) \) | 构建二维表,利用匹配与不匹配分治求解 | | 最小编辑距离 | \( O(m \times n) \) | \( O(m \times n) \) | 通过插入、删除、替换操作递归求解 | 这两个算法均使用动态规划解决,思想和实现类似,但问题背景不同: - LCS 关注的是**匹配**字符的最大子序列长度。 - 最小编辑距离则是计算**最少操作次数**。