字符序列的子序列是指从给定字符序列中随意地(不一定连续)去掉若干个字符(可能一个也不去掉)后所形成的字符序列。令给定的字符序列X=“x0,x1,…,xm-1”,序列Y=“y0,y1,…,yk-1”是X的子序列,存在X的一个严格递增下标序列<i0,i1,…,ik-1>,使得对所有的j=0,1,…,k-1,有xij=yj。例如,X=“ABCBDAB”,Y=“BCDB”是X的一个子序列
【最长公共子序列】(Longest Common Subsequence, LCS) 是一种在计算机科学中常见的字符串比较问题,主要涉及序列和动态规划。这个问题的目标是找到两个给定字符串的最长子序列,这个子序列不必连续,但必须保持原序列的相对顺序。
在给定的描述中,我们有两个字符序列 X 和 Y,它们的最长公共子序列(LCS)定义为从 X 中删除若干字符(可能不删除)得到的序列,这个序列同时也是 Y 的子序列。例如,X="ABCBDAB",Y="BCDB",则 "BCD" 是它们的 LCS。
动态规划方法是解决此类问题的有效工具。基本思想是将大问题分解成一系列子问题,并存储每个子问题的解,以避免重复计算。在 LCS 问题中,我们使用一个二维数组 c[][] 来存储 X[i] 与 Y[j] 的 LCS 长度。另一个二维数组 b[][] 用于记录 c[i][j] 是如何得出的,帮助回溯找到实际的 LCS。
对于状态转移方程,我们可以根据 X[i] 和 Y[j] 是否相等来确定 c[i][j]。如果它们相等,那么 c[i][j] = c[i-1][j-1] + 1;如果不相等,我们将选择 c[i-1][j] 和 c[i][j-1] 中较大的那个作为 c[i][j] 的值。这可以通过比较 X[i-1] 和 Y[j-1] 来实现。
以下是使用 C 语言实现的动态规划求解 LCS 的伪代码:
```c
void LCSLength(char *x, char *y, int m, int n, int c[][MAXLEN], int b[][MAXLEN]) {
for (i = 0; i <= m; i++)
c[i][0] = 0;
for (j = 1; j <= n; j++)
c[0][j] = 0;
for (i = 1; i <= m; i++) {
for (j = 1; j <= n; j++) {
if (x[i-1] == y[j-1]) {
c[i][j] = c[i-1][j-1] + 1;
b[i][j] = 0;
} else if (c[i-1][j] >= c[i][j-1]) {
c[i][j] = c[i-1][j];
b[i][j] = 1;
} else {
c[i][j] = c[i][j-1];
b[i][j] = 2;
}
}
}
}
```
算法的时间复杂度为 O(m * n),其中 m 和 n 分别是两个输入序列的长度。这是因为我们需要遍历两个序列的所有可能对,每个操作的时间复杂度为 O(1)。空间复杂度也是 O(m * n),因为需要存储整个二维数组。
回溯 b[][] 数组可以构造出实际的 LCS。从 c[m][n] 开始,根据 b[i][j] 的值判断是往左还是往上回溯,直到 i=0 或 j=0,这样就得到了最长公共子序列。
总结来说,最长公共子序列问题是一种经典的动态规划问题,通过构建二维数组来存储子问题的解,有效地避免了重复计算,提高了求解效率。此问题在生物信息学、文本比较、代码编辑器的差异计算等领域有广泛的应用。