以下是针对实验内容的详细指导和实现建议: --- ### 一、实验目的 1. **最长公共子序列问题(LCS)** 理解如何通过动态规划求解两个序列的最长公共子序列,熟悉其算法原理及应用场景。 2. **最小编辑距离(Levenshtein Distance)** 掌握最小编辑距离的定义及动态规划实现,理解其在字符串相似度计算中的实际应用。 3. **动态规划思想** 学习将复杂问题分解为子问题并通过递推关系逐步求解。 --- ### 二、实验环境 - **操作系统**:Windows 或 Linux - **编程语言**:Python 3.x - **开发工具**:推荐使用 PyCharm、Jupyter Notebook 或 Sublime Text。 --- ### 三、实验内容 #### **1. 最长公共子序列问题(LCS)** **基本原理:** 给定两个字符串 \( X \) 和 \( Y \),找到它们的最长公共子序列。动态规划的核心是构建一个二维表 \( dp \),其中 \( dp[i][j] \) 表示 \( X[0:i] \) 和 \( Y[0:j] \) 的最长公共子序列长度。 **算法步骤:** 1. 初始化二维表 \( dp \)。 2. 遍历 \( X \) 和 \( Y \),按以下规则更新 \( dp[i][j] \): - 若 \( X[i-1] == Y[j-1] \):\( dp[i][j] = dp[i-1][j-1] + 1 \)。 - 否则 \( dp[i][j] = \max(dp[i-1][j], dp[i][j-1]) \)。 3. 最后,\( dp[m][n] \) 为结果,其中 \( m, n \) 分别为 \( X \) 和 \( Y \) 的长度。 --- #### **2. 最小编辑距离** **基本原理:** 计算将字符串 \( A \) 转换为 \( B \) 的最小操作次数。允许的操作包括插入、删除和替换。 **算法步骤:** 1. 构建一个二维表 \( dp \),\( dp[i][j] \) 表示将 \( A[0:i] \) 转换为 \( B[0:j] \) 的最小操作数。 2. 初始化边界条件: - \( dp[i][0] = i \)(全删)。 - \( dp[0][j] = j \)(全插)。 3. 遍历 \( A \) 和 \( B \),按以下规则更新 \( dp[i][j] \): - 若 \( A[i-1] == B[j-1] \):\( dp[i][j] = dp[i-1][j-1] \)。 - 否则 \( dp[i][j] = 1 + \min(dp[i-1][j], dp[i][j-1], dp[i-1][j-1]) \)。 4. \( dp[m][n] \) 即为结果,其中 \( m, n \) 分别为 \( A \) 和 \( B \) 的长度。 --- ### 四、实验报告要求 1. **基本思想说明** 详细描述 LCS 和最小编辑距离的动态规划思想,包括状态定义和状态转移方程。 2. **源码** 提供清晰、注释详尽的 Python 实现。 3. **算法分析** - 时间复杂度:分析循环嵌套次数。 - 空间复杂度:分析二维表的空间占用及优化可能。 4. **实验结果截图** 展示控制台输出结果及二维表状态。 --- ### 五、文件提交说明 1. **文件夹格式:** 学号+姓名(如 "2024123456张三")。 2. **文件内容:** - 实验报告(Word 或 PDF 格式,命名为 `实验报告_学号_姓名`)。 - 可运行的 Python 源代码文件(如 `lcs_and_edit_distance.py`)。 3. **上传路径:** **上电云盘** -> **课程目录** -> **20241202 文件夹**。 --- 以下为代码示例: #### **最长公共子序列** ```python def longest_common_subsequence(X, Y): m, n = len(X), len(Y) dp = [[0] * (n + 1) for _ in range(m + 1)] for i in range(1, m + 1): for j in range(1, n + 1): if X[i - 1] == Y[j - 1]: dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] + 1 else: dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]) return dp[m][n] # Example X = "ABCBDAB" Y = "BDCAB" print("LCS Length:", longest_common_subsequence(X, Y)) ``` #### **最小编辑距离** ```python def min_edit_distance(A, B): m, n = len(A), len(B) dp = [[0] * (n + 1) for _ in range(m + 1)] for i in range(m + 1): dp[i][0] = i for j in range(n + 1): dp[0][j] = j for i in range(1, m + 1): for j in range(1, n + 1): if A[i - 1] == B[j - 1]: dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] else: dp[i][j] = 1 + min(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1], dp[i - 1][j - 1]) return dp[m][n] # Example A = "kitten" B = "sitting" print("Minimum Edit Distance:", min_edit_distance(A, B)) ``` --- 祝你实验顺利完成!如果有疑问,可以随时联系我。