|
|
|
---
|
|
|
|
comments: true
|
|
|
|
---
|
|
|
|
|
|
|
|
# 14.6 编辑距离问题
|
|
|
|
|
|
|
|
编辑距离,也称 Levenshtein 距离,指两个字符串之间互相转换的最少修改次数,通常用于在信息检索和自然语言处理中度量两个序列的相似度。
|
|
|
|
|
|
|
|
!!! question
|
|
|
|
|
|
|
|
输入两个字符串 $s$ 和 $t$ ,返回将 $s$ 转换为 $t$ 所需的最少编辑步数。
|
|
|
|
|
|
|
|
你可以在一个字符串中进行三种编辑操作:插入一个字符、删除一个字符、将字符替换为任意一个字符。
|
|
|
|
|
|
|
|
如图 14-27 所示,将 `kitten` 转换为 `sitting` 需要编辑 3 步,包括 2 次替换操作与 1 次添加操作;将 `hello` 转换为 `algo` 需要 3 步,包括 2 次替换操作和 1 次删除操作。
|
|
|
|
|
|
|
|
![编辑距离的示例数据](edit_distance_problem.assets/edit_distance_example.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
<p align="center"> 图 14-27 编辑距离的示例数据 </p>
|
|
|
|
|
|
|
|
**编辑距离问题可以很自然地用决策树模型来解释**。字符串对应树节点,一轮决策(一次编辑操作)对应树的一条边。
|
|
|
|
|
|
|
|
如图 14-28 所示,在不限制操作的情况下,每个节点都可以派生出许多条边,每条边对应一种操作,这意味着从 `hello` 转换到 `algo` 有许多种可能的路径。
|
|
|
|
|
|
|
|
从决策树的角度看,本题的目标是求解节点 `hello` 和节点 `algo` 之间的最短路径。
|
|
|
|
|
|
|
|
![基于决策树模型表示编辑距离问题](edit_distance_problem.assets/edit_distance_decision_tree.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
<p align="center"> 图 14-28 基于决策树模型表示编辑距离问题 </p>
|
|
|
|
|
|
|
|
### 1. 动态规划思路
|
|
|
|
|
|
|
|
**第一步:思考每轮的决策,定义状态,从而得到 $dp$ 表**
|
|
|
|
|
|
|
|
每一轮的决策是对字符串 $s$ 进行一次编辑操作。
|
|
|
|
|
|
|
|
我们希望在编辑操作的过程中,问题的规模逐渐缩小,这样才能构建子问题。设字符串 $s$ 和 $t$ 的长度分别为 $n$ 和 $m$ ,我们先考虑两字符串尾部的字符 $s[n-1]$ 和 $t[m-1]$ 。
|
|
|
|
|
|
|
|
- 若 $s[n-1]$ 和 $t[m-1]$ 相同,我们可以跳过它们,直接考虑 $s[n-2]$ 和 $t[m-2]$ 。
|
|
|
|
- 若 $s[n-1]$ 和 $t[m-1]$ 不同,我们需要对 $s$ 进行一次编辑(插入、删除、替换),使得两字符串尾部的字符相同,从而可以跳过它们,考虑规模更小的问题。
|
|
|
|
|
|
|
|
也就是说,我们在字符串 $s$ 中进行的每一轮决策(编辑操作),都会使得 $s$ 和 $t$ 中剩余的待匹配字符发生变化。因此,状态为当前在 $s$ 和 $t$ 中考虑的第 $i$ 和第 $j$ 个字符,记为 $[i, j]$ 。
|
|
|
|
|
|
|
|
状态 $[i, j]$ 对应的子问题:**将 $s$ 的前 $i$ 个字符更改为 $t$ 的前 $j$ 个字符所需的最少编辑步数**。
|
|
|
|
|
|
|
|
至此,得到一个尺寸为 $(i+1) \times (j+1)$ 的二维 $dp$ 表。
|
|
|
|
|
|
|
|
**第二步:找出最优子结构,进而推导出状态转移方程**
|
|
|
|
|
|
|
|
考虑子问题 $dp[i, j]$ ,其对应的两个字符串的尾部字符为 $s[i-1]$ 和 $t[j-1]$ ,可根据不同编辑操作分为图 14-29 所示的三种情况。
|
|
|
|
|
|
|
|
1. 在 $s[i-1]$ 之后添加 $t[j-1]$ ,则剩余子问题 $dp[i, j-1]$ 。
|
|
|
|
2. 删除 $s[i-1]$ ,则剩余子问题 $dp[i-1, j]$ 。
|
|
|
|
3. 将 $s[i-1]$ 替换为 $t[j-1]$ ,则剩余子问题 $dp[i-1, j-1]$ 。
|
|
|
|
|
|
|
|
![编辑距离的状态转移](edit_distance_problem.assets/edit_distance_state_transfer.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
<p align="center"> 图 14-29 编辑距离的状态转移 </p>
|
|
|
|
|
|
|
|
根据以上分析,可得最优子结构:$dp[i, j]$ 的最少编辑步数等于 $dp[i, j-1]$、$dp[i-1, j]$、$dp[i-1, j-1]$ 三者中的最少编辑步数,再加上本次的编辑步数 $1$ 。对应的状态转移方程为:
|
|
|
|
|
|
|
|
$$
|
|
|
|
dp[i, j] = \min(dp[i, j-1], dp[i-1, j], dp[i-1, j-1]) + 1
|
|
|
|
$$
|
|
|
|
|
|
|
|
请注意,**当 $s[i-1]$ 和 $t[j-1]$ 相同时,无须编辑当前字符**,这种情况下的状态转移方程为:
|
|
|
|
|
|
|
|
$$
|
|
|
|
dp[i, j] = dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
$$
|
|
|
|
|
|
|
|
**第三步:确定边界条件和状态转移顺序**
|
|
|
|
|
|
|
|
当两字符串都为空时,编辑步数为 $0$ ,即 $dp[0, 0] = 0$ 。当 $s$ 为空但 $t$ 不为空时,最少编辑步数等于 $t$ 的长度,即首行 $dp[0, j] = j$ 。当 $s$ 不为空但 $t$ 为空时,最少编辑步数等于 $s$ 的长度,即首列 $dp[i, 0] = i$ 。
|
|
|
|
|
|
|
|
观察状态转移方程,解 $dp[i, j]$ 依赖左方、上方、左上方的解,因此通过两层循环正序遍历整个 $dp$ 表即可。
|
|
|
|
|
|
|
|
### 2. 代码实现
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "Python"
|
|
|
|
|
|
|
|
```python title="edit_distance.py"
|
|
|
|
def edit_distance_dp(s: str, t: str) -> int:
|
|
|
|
"""编辑距离:动态规划"""
|
|
|
|
n, m = len(s), len(t)
|
|
|
|
dp = [[0] * (m + 1) for _ in range(n + 1)]
|
|
|
|
# 状态转移:首行首列
|
|
|
|
for i in range(1, n + 1):
|
|
|
|
dp[i][0] = i
|
|
|
|
for j in range(1, m + 1):
|
|
|
|
dp[0][j] = j
|
|
|
|
# 状态转移:其余行和列
|
|
|
|
for i in range(1, n + 1):
|
|
|
|
for j in range(1, m + 1):
|
|
|
|
if s[i - 1] == t[j - 1]:
|
|
|
|
# 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1]
|
|
|
|
else:
|
|
|
|
# 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[i][j] = min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - 1]) + 1
|
|
|
|
return dp[n][m]
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "C++"
|
|
|
|
|
|
|
|
```cpp title="edit_distance.cpp"
|
|
|
|
/* 编辑距离:动态规划 */
|
|
|
|
int editDistanceDP(string s, string t) {
|
|
|
|
int n = s.length(), m = t.length();
|
|
|
|
vector<vector<int>> dp(n + 1, vector<int>(m + 1, 0));
|
|
|
|
// 状态转移:首行首列
|
|
|
|
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
dp[i][0] = i;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
dp[0][j] = j;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行和列
|
|
|
|
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[i][j] = min(min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[n][m];
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "Java"
|
|
|
|
|
|
|
|
```java title="edit_distance.java"
|
|
|
|
/* 编辑距离:动态规划 */
|
|
|
|
int editDistanceDP(String s, String t) {
|
|
|
|
int n = s.length(), m = t.length();
|
|
|
|
int[][] dp = new int[n + 1][m + 1];
|
|
|
|
// 状态转移:首行首列
|
|
|
|
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
dp[i][0] = i;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
dp[0][j] = j;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行和列
|
|
|
|
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
if (s.charAt(i - 1) == t.charAt(j - 1)) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[i][j] = Math.min(Math.min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[n][m];
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "C#"
|
|
|
|
|
|
|
|
```csharp title="edit_distance.cs"
|
|
|
|
/* 编辑距离:动态规划 */
|
|
|
|
int EditDistanceDP(string s, string t) {
|
|
|
|
int n = s.Length, m = t.Length;
|
|
|
|
int[,] dp = new int[n + 1, m + 1];
|
|
|
|
// 状态转移:首行首列
|
|
|
|
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
dp[i, 0] = i;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
dp[0, j] = j;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行和列
|
|
|
|
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[i, j] = dp[i - 1, j - 1];
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[i, j] = Math.Min(Math.Min(dp[i, j - 1], dp[i - 1, j]), dp[i - 1, j - 1]) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[n, m];
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "Go"
|
|
|
|
|
|
|
|
```go title="edit_distance.go"
|
|
|
|
/* 编辑距离:动态规划 */
|
|
|
|
func editDistanceDP(s string, t string) int {
|
|
|
|
n := len(s)
|
|
|
|
m := len(t)
|
|
|
|
dp := make([][]int, n+1)
|
|
|
|
for i := 0; i <= n; i++ {
|
|
|
|
dp[i] = make([]int, m+1)
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:首行首列
|
|
|
|
for i := 1; i <= n; i++ {
|
|
|
|
dp[i][0] = i
|
|
|
|
}
|
|
|
|
for j := 1; j <= m; j++ {
|
|
|
|
dp[0][j] = j
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行和列
|
|
|
|
for i := 1; i <= n; i++ {
|
|
|
|
for j := 1; j <= m; j++ {
|
|
|
|
if s[i-1] == t[j-1] {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[i][j] = dp[i-1][j-1]
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[i][j] = MinInt(MinInt(dp[i][j-1], dp[i-1][j]), dp[i-1][j-1]) + 1
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[n][m]
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "Swift"
|
|
|
|
|
|
|
|
```swift title="edit_distance.swift"
|
|
|
|
/* 编辑距离:动态规划 */
|
|
|
|
func editDistanceDP(s: String, t: String) -> Int {
|
|
|
|
let n = s.utf8CString.count
|
|
|
|
let m = t.utf8CString.count
|
|
|
|
var dp = Array(repeating: Array(repeating: 0, count: m + 1), count: n + 1)
|
|
|
|
// 状态转移:首行首列
|
|
|
|
for i in stride(from: 1, through: n, by: 1) {
|
|
|
|
dp[i][0] = i
|
|
|
|
}
|
|
|
|
for j in stride(from: 1, through: m, by: 1) {
|
|
|
|
dp[0][j] = j
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行和列
|
|
|
|
for i in stride(from: 1, through: n, by: 1) {
|
|
|
|
for j in stride(from: 1, through: m, by: 1) {
|
|
|
|
if s.utf8CString[i - 1] == t.utf8CString[j - 1] {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1]
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[i][j] = min(min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]), dp[i - 1][j - 1]) + 1
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[n][m]
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "JS"
|
|
|
|
|
|
|
|
```javascript title="edit_distance.js"
|
|
|
|
/* 编辑距离:动态规划 */
|
|
|
|
function editDistanceDP(s, t) {
|
|
|
|
const n = s.length,
|
|
|
|
m = t.length;
|
|
|
|
const dp = Array.from({ length: n + 1 }, () => new Array(m + 1).fill(0));
|
|
|
|
// 状态转移:首行首列
|
|
|
|
for (let i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
dp[i][0] = i;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
for (let j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
dp[0][j] = j;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行和列
|
|
|
|
for (let i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
for (let j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1)) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[i][j] =
|
|
|
|
Math.min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - 1]) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[n][m];
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "TS"
|
|
|
|
|
|
|
|
```typescript title="edit_distance.ts"
|
|
|
|
/* 编辑距离:动态规划 */
|
|
|
|
function editDistanceDP(s: string, t: string): number {
|
|
|
|
const n = s.length,
|
|
|
|
m = t.length;
|
|
|
|
const dp = Array.from({ length: n + 1 }, () =>
|
|
|
|
Array.from({ length: m + 1 }, () => 0)
|
|
|
|
);
|
|
|
|
// 状态转移:首行首列
|
|
|
|
for (let i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
dp[i][0] = i;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
for (let j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
dp[0][j] = j;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行和列
|
|
|
|
for (let i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
for (let j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1)) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[i][j] =
|
|
|
|
Math.min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - 1]) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[n][m];
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "Dart"
|
|
|
|
|
|
|
|
```dart title="edit_distance.dart"
|
|
|
|
/* 编辑距离:动态规划 */
|
|
|
|
int editDistanceDP(String s, String t) {
|
|
|
|
int n = s.length, m = t.length;
|
|
|
|
List<List<int>> dp = List.generate(n + 1, (_) => List.filled(m + 1, 0));
|
|
|
|
// 状态转移:首行首列
|
|
|
|
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
dp[i][0] = i;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
dp[0][j] = j;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行和列
|
|
|
|
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[i][j] = min(min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[n][m];
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "Rust"
|
|
|
|
|
|
|
|
```rust title="edit_distance.rs"
|
|
|
|
/* 编辑距离:动态规划 */
|
|
|
|
fn edit_distance_dp(s: &str, t: &str) -> i32 {
|
|
|
|
let (n, m) = (s.len(), t.len());
|
|
|
|
let mut dp = vec![vec![0; m + 1]; n + 1];
|
|
|
|
// 状态转移:首行首列
|
|
|
|
for i in 1..=n {
|
|
|
|
dp[i][0] = i as i32;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
for j in 1..m {
|
|
|
|
dp[0][j] = j as i32;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行和列
|
|
|
|
for i in 1..=n {
|
|
|
|
for j in 1..=m {
|
|
|
|
if s.chars().nth(i - 1) == t.chars().nth(j - 1) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[i][j] =
|
|
|
|
std::cmp::min(std::cmp::min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
dp[n][m]
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "C"
|
|
|
|
|
|
|
|
```c title="edit_distance.c"
|
|
|
|
/* 编辑距离:动态规划 */
|
|
|
|
int editDistanceDP(char *s, char *t, int n, int m) {
|
|
|
|
int **dp = malloc((n + 1) * sizeof(int *));
|
|
|
|
for (int i = 0; i <= n; i++) {
|
|
|
|
dp[i] = calloc(m + 1, sizeof(int));
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:首行首列
|
|
|
|
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
dp[i][0] = i;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
dp[0][j] = j;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行和列
|
|
|
|
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[i][j] = myMin(myMin(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
int res = dp[n][m];
|
|
|
|
// 释放内存
|
|
|
|
for (int i = 0; i <= n; i++) {
|
|
|
|
free(dp[i]);
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return res;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "Zig"
|
|
|
|
|
|
|
|
```zig title="edit_distance.zig"
|
|
|
|
// 编辑距离:动态规划
|
|
|
|
fn editDistanceDP(comptime s: []const u8, comptime t: []const u8) i32 {
|
|
|
|
comptime var n = s.len;
|
|
|
|
comptime var m = t.len;
|
|
|
|
var dp = [_][m + 1]i32{[_]i32{0} ** (m + 1)} ** (n + 1);
|
|
|
|
// 状态转移:首行首列
|
|
|
|
for (1..n + 1) |i| {
|
|
|
|
dp[i][0] = @intCast(i);
|
|
|
|
}
|
|
|
|
for (1..m + 1) |j| {
|
|
|
|
dp[0][j] = @intCast(j);
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行和列
|
|
|
|
for (1..n + 1) |i| {
|
|
|
|
for (1..m + 1) |j| {
|
|
|
|
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[i][j] = @min(@min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[n][m];
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
??? pythontutor "可视化运行"
|
|
|
|
|
|
|
|
<div style="height: 549px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=def%20edit_distance_dp%28s%3A%20str,%20t%3A%20str%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E7%BC%96%E8%BE%91%E8%B7%9D%E7%A6%BB%EF%BC%9A%E5%8A%A8%E6%80%81%E8%A7%84%E5%88%92%22%22%22%0A%20%20%20%20n,%20m%20%3D%20len%28s%29,%20len%28t%29%0A%20%20%20%20dp%20%3D%20%5B%5B0%5D%20*%20%28m%20%2B%201%29%20for%20_%20in%20range%28n%20%2B%201%29%5D%0A%20%20%20%20%23%20%E7%8A%B6%E6%80%81%E8%BD%AC%E7%A7%BB%EF%BC%9A%E9%A6%96%E8%A1%8C%E9%A6%96%E5%88%97%0A%20%20%20%20for%20i%20in%20range%281,%20n%20%2B%201%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20dp%5Bi%5D%5B0%5D%20%3D%20i%0A%20%20%20%20for%20j%20in%20range%281,%20m%20%2B%201%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20dp%5B0%5D%5Bj%5D%20%3D%20j%0A%20%20%20%20%23%20%E7%8A%B6%E6%80%81%E8%BD%AC%E7%A7%BB%EF%BC%9A%E5%85%B6%E4%BD%99%E8%A1%8C%E5%92%8C%E5%88%97%0A%20%20%20%20for%20i%20in%20range%281,%20n%20%2B%201%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20for%20j%20in%20range%281,%20m%20%2B%201%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20if%20s%5Bi%20-%201%5D%20%3D%3D%20t%5Bj%20-%201%5D%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E8%8B%A5%E4%B8%A4%E5%AD%97%E7%AC%A6%E7%9B%B8%E7%AD%89%EF%BC%8C%E5%88%99%E7%9B%B4%E6%8E%A5%E8%B7%B3%E8%BF%87%E6%AD%A4%E4%B8%A4%E5%AD%97%E7%AC%A6%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20dp%5Bi%5D%5Bj%5D%20%3D%20dp%5Bi%20-%201%5D%5Bj%20-%201%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20else%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E6%9C%80%E5%B0%91%E7%BC%96%E8%BE%91%E6%AD%A5%E6%95%B0%20%3D%20%E6%8F%92%E5%85%A5%E3%80%81%E5%88%A0%E9%99%A4%E3%80%81%E6%9B%BF%E6%8D%A2%E8%BF%99%E4%B8%89%E7%A7%8D%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%9A%84%E6%9C%80%E5%B0%91%E7%BC%96%E8%BE%91%E6%AD%A5%E6%95%B0%20%2B%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20dp%5Bi%5D%5Bj%5D%20%3D%20min%28dp%5Bi%5D%5Bj%20-%201%5D,%20dp%5Bi%20-%201%5D%5Bj%5D,%20dp%5Bi%20-%201%5D%5Bj%20-%201%5D%29%20%2B%201%0A%20%20%20%20return%20dp%5Bn%5D%5Bm%5D%0A%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20s%20%3D%20%22bag%22%0A%20%20%20%20t%20%3D%20%22pack%22%0A%20%20%20%20n,%20m%20%3D%20len%28s%29,%20len%28t%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%8A%A8%E6%80%81%E8%A7%84%E5%88%92%0A%20%20%20%20res%20%3D%20edit_distance_dp%28s,%20t%29%0A%20%20%20%20print%28f%22%E5%B0%86%20%7Bs%7D%20%E6%9B%B4%E6%94%B9%E4%B8%BA%20%7Bt%7D%20%E6%9C%80%E5%B0%91%E9%9C%80%E8%A6%81%E7%BC%96%E8%BE%91%20%7Bres%7D%20%E6%AD%A5%22%29&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=6&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
|
|
|
|
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=def%20edit_distance_dp%28s%3A%20str,%20t%3A%20str%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E7%BC%96%E8%BE%91%E8%B7%9D%E7%A6%BB%EF%BC%9A%E5%8A%A8%E6%80%81%E8%A7%84%E5%88%92%22%22%22%0A%20%20%20%20n,%20m%20%3D%20len%28s%29,%20len%28t%29%0A%20%20%20%20dp%20%3D%20%5B%5B0%5D%20*%20%28m%20%2B%201%29%20for%20_%20in%20range%28n%20%2B%201%29%5D%0A%20%20%20%20%23%20%E7%8A%B6%E6%80%81%E8%BD%AC%E7%A7%BB%EF%BC%9A%E9%A6%96%E8%A1%8C%E9%A6%96%E5%88%97%0A%20%20%20%20for%20i%20in%20range%281,%20n%20%2B%201%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20dp%5Bi%5D%5B0%5D%20%3D%20i%0A%20%20%20%20for%20j%20in%20range%281,%20m%20%2B%201%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20dp%5B0%5D%5Bj%5D%20%3D%20j%0A%20%20%20%20%23%20%E7%8A%B6%E6%80%81%E8%BD%AC%E7%A7%BB%EF%BC%9A%E5%85%B6%E4%BD%99%E8%A1%8C%E5%92%8C%E5%88%97%0A%20%20%20%20for%20i%20in%20range%281,%20n%20%2B%201%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20for%20j%20in%20range%281,%20m%20%2B%201%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20if%20s%5Bi%20-%201%5D%20%3D%3D%20t%5Bj%20-%201%5D%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E8%8B%A5%E4%B8%A4%E5%AD%97%E7%AC%A6%E7%9B%B8%E7%AD%89%EF%BC%8C%E5%88%99%E7%9B%B4%E6%8E%A5%E8%B7%B3%E8%BF%87%E6%AD%A4%E4%B8%A4%E5%AD%97%E7%AC%A6%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20dp%5Bi%5D%5Bj%5D%20%3D%20dp%5Bi%20-%201%5D%5Bj%20-%201%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20else%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E6%9C%80%E5%B0%91%E7%BC%96%E8%BE%91%E6%AD%A5%E6%95%B0%20%3D%20%E6%8F%92%E5%85%A5%E3%80%81%E5%88%A0%E9%99%A4%E3%80%81%E6%9B%BF%E6%8D%A2%E8%BF%99%E4%B8%89%E7%A7%8D%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%9A%84%E6%9C%80%E5%B0%91%E7%BC%96%E8%BE%91%E6%AD%A5%E6%95%B0%20%2B%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20dp%5Bi%5D%5Bj%5D%20%3D%20min%28dp%5Bi%5D%5Bj%20-%201%5D,%20dp%5Bi%20-%201%5D%5Bj%5D,%20dp%5Bi%20-%201%5D%5Bj%20-%201%5D%29%20%2B%201%0A%20%20%20%20return%20dp%5Bn%5D%5Bm%5D%0A%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20s%20%3D%20%22bag%22%0A%20%20%20%20t%20%3D%20%22pack%22%0A%20%20%20%20n,%20m%20%3D%20len%28s%29,%20len%28t%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%8A%A8%E6%80%81%E8%A7%84%E5%88%92%0A%20%20%20%20res%20%3D%20edit_distance_dp%28s,%20t%29%0A%20%20%20%20print%28f%22%E5%B0%86%20%7Bs%7D%20%E6%9B%B4%E6%94%B9%E4%B8%BA%20%7Bt%7D%20%E6%9C%80%E5%B0%91%E9%9C%80%E8%A6%81%E7%BC%96%E8%BE%91%20%7Bres%7D%20%E6%AD%A5%22%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=6&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全屏观看 ></a></div>
|
|
|
|
|
|
|
|
如图 14-30 所示,编辑距离问题的状态转移过程与背包问题非常类似,都可以看作填写一个二维网格的过程。
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "<1>"
|
|
|
|
![编辑距离的动态规划过程](edit_distance_problem.assets/edit_distance_dp_step1.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "<2>"
|
|
|
|
![edit_distance_dp_step2](edit_distance_problem.assets/edit_distance_dp_step2.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "<3>"
|
|
|
|
![edit_distance_dp_step3](edit_distance_problem.assets/edit_distance_dp_step3.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "<4>"
|
|
|
|
![edit_distance_dp_step4](edit_distance_problem.assets/edit_distance_dp_step4.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "<5>"
|
|
|
|
![edit_distance_dp_step5](edit_distance_problem.assets/edit_distance_dp_step5.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "<6>"
|
|
|
|
![edit_distance_dp_step6](edit_distance_problem.assets/edit_distance_dp_step6.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "<7>"
|
|
|
|
![edit_distance_dp_step7](edit_distance_problem.assets/edit_distance_dp_step7.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "<8>"
|
|
|
|
![edit_distance_dp_step8](edit_distance_problem.assets/edit_distance_dp_step8.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "<9>"
|
|
|
|
![edit_distance_dp_step9](edit_distance_problem.assets/edit_distance_dp_step9.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "<10>"
|
|
|
|
![edit_distance_dp_step10](edit_distance_problem.assets/edit_distance_dp_step10.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "<11>"
|
|
|
|
![edit_distance_dp_step11](edit_distance_problem.assets/edit_distance_dp_step11.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "<12>"
|
|
|
|
![edit_distance_dp_step12](edit_distance_problem.assets/edit_distance_dp_step12.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "<13>"
|
|
|
|
![edit_distance_dp_step13](edit_distance_problem.assets/edit_distance_dp_step13.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "<14>"
|
|
|
|
![edit_distance_dp_step14](edit_distance_problem.assets/edit_distance_dp_step14.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "<15>"
|
|
|
|
![edit_distance_dp_step15](edit_distance_problem.assets/edit_distance_dp_step15.png){ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
|
|
<p align="center"> 图 14-30 编辑距离的动态规划过程 </p>
|
|
|
|
|
|
|
|
### 3. 空间优化
|
|
|
|
|
|
|
|
由于 $dp[i,j]$ 是由上方 $dp[i-1, j]$、左方 $dp[i, j-1]$、左上方 $dp[i-1, j-1]$ 转移而来的,而正序遍历会丢失左上方 $dp[i-1, j-1]$ ,倒序遍历无法提前构建 $dp[i, j-1]$ ,因此两种遍历顺序都不可取。
|
|
|
|
|
|
|
|
为此,我们可以使用一个变量 `leftup` 来暂存左上方的解 $dp[i-1, j-1]$ ,从而只需考虑左方和上方的解。此时的情况与完全背包问题相同,可使用正序遍历。代码如下所示:
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "Python"
|
|
|
|
|
|
|
|
```python title="edit_distance.py"
|
|
|
|
def edit_distance_dp_comp(s: str, t: str) -> int:
|
|
|
|
"""编辑距离:空间优化后的动态规划"""
|
|
|
|
n, m = len(s), len(t)
|
|
|
|
dp = [0] * (m + 1)
|
|
|
|
# 状态转移:首行
|
|
|
|
for j in range(1, m + 1):
|
|
|
|
dp[j] = j
|
|
|
|
# 状态转移:其余行
|
|
|
|
for i in range(1, n + 1):
|
|
|
|
# 状态转移:首列
|
|
|
|
leftup = dp[0] # 暂存 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
dp[0] += 1
|
|
|
|
# 状态转移:其余列
|
|
|
|
for j in range(1, m + 1):
|
|
|
|
temp = dp[j]
|
|
|
|
if s[i - 1] == t[j - 1]:
|
|
|
|
# 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[j] = leftup
|
|
|
|
else:
|
|
|
|
# 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[j] = min(dp[j - 1], dp[j], leftup) + 1
|
|
|
|
leftup = temp # 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
return dp[m]
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "C++"
|
|
|
|
|
|
|
|
```cpp title="edit_distance.cpp"
|
|
|
|
/* 编辑距离:空间优化后的动态规划 */
|
|
|
|
int editDistanceDPComp(string s, string t) {
|
|
|
|
int n = s.length(), m = t.length();
|
|
|
|
vector<int> dp(m + 1, 0);
|
|
|
|
// 状态转移:首行
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
dp[j] = j;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行
|
|
|
|
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
// 状态转移:首列
|
|
|
|
int leftup = dp[0]; // 暂存 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
dp[0] = i;
|
|
|
|
// 状态转移:其余列
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
int temp = dp[j];
|
|
|
|
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[j] = leftup;
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[j] = min(min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
leftup = temp; // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[m];
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "Java"
|
|
|
|
|
|
|
|
```java title="edit_distance.java"
|
|
|
|
/* 编辑距离:空间优化后的动态规划 */
|
|
|
|
int editDistanceDPComp(String s, String t) {
|
|
|
|
int n = s.length(), m = t.length();
|
|
|
|
int[] dp = new int[m + 1];
|
|
|
|
// 状态转移:首行
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
dp[j] = j;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行
|
|
|
|
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
// 状态转移:首列
|
|
|
|
int leftup = dp[0]; // 暂存 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
dp[0] = i;
|
|
|
|
// 状态转移:其余列
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
int temp = dp[j];
|
|
|
|
if (s.charAt(i - 1) == t.charAt(j - 1)) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[j] = leftup;
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[j] = Math.min(Math.min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
leftup = temp; // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[m];
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "C#"
|
|
|
|
|
|
|
|
```csharp title="edit_distance.cs"
|
|
|
|
/* 编辑距离:空间优化后的动态规划 */
|
|
|
|
int EditDistanceDPComp(string s, string t) {
|
|
|
|
int n = s.Length, m = t.Length;
|
|
|
|
int[] dp = new int[m + 1];
|
|
|
|
// 状态转移:首行
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
dp[j] = j;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行
|
|
|
|
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
// 状态转移:首列
|
|
|
|
int leftup = dp[0]; // 暂存 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
dp[0] = i;
|
|
|
|
// 状态转移:其余列
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
int temp = dp[j];
|
|
|
|
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[j] = leftup;
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[j] = Math.Min(Math.Min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
leftup = temp; // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[m];
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "Go"
|
|
|
|
|
|
|
|
```go title="edit_distance.go"
|
|
|
|
/* 编辑距离:空间优化后的动态规划 */
|
|
|
|
func editDistanceDPComp(s string, t string) int {
|
|
|
|
n := len(s)
|
|
|
|
m := len(t)
|
|
|
|
dp := make([]int, m+1)
|
|
|
|
// 状态转移:首行
|
|
|
|
for j := 1; j <= m; j++ {
|
|
|
|
dp[j] = j
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行
|
|
|
|
for i := 1; i <= n; i++ {
|
|
|
|
// 状态转移:首列
|
|
|
|
leftUp := dp[0] // 暂存 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
dp[0] = i
|
|
|
|
// 状态转移:其余列
|
|
|
|
for j := 1; j <= m; j++ {
|
|
|
|
temp := dp[j]
|
|
|
|
if s[i-1] == t[j-1] {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[j] = leftUp
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[j] = MinInt(MinInt(dp[j-1], dp[j]), leftUp) + 1
|
|
|
|
}
|
|
|
|
leftUp = temp // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[m]
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "Swift"
|
|
|
|
|
|
|
|
```swift title="edit_distance.swift"
|
|
|
|
/* 编辑距离:空间优化后的动态规划 */
|
|
|
|
func editDistanceDPComp(s: String, t: String) -> Int {
|
|
|
|
let n = s.utf8CString.count
|
|
|
|
let m = t.utf8CString.count
|
|
|
|
var dp = Array(repeating: 0, count: m + 1)
|
|
|
|
// 状态转移:首行
|
|
|
|
for j in stride(from: 1, through: m, by: 1) {
|
|
|
|
dp[j] = j
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行
|
|
|
|
for i in stride(from: 1, through: n, by: 1) {
|
|
|
|
// 状态转移:首列
|
|
|
|
var leftup = dp[0] // 暂存 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
dp[0] = i
|
|
|
|
// 状态转移:其余列
|
|
|
|
for j in stride(from: 1, through: m, by: 1) {
|
|
|
|
let temp = dp[j]
|
|
|
|
if s.utf8CString[i - 1] == t.utf8CString[j - 1] {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[j] = leftup
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[j] = min(min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1
|
|
|
|
}
|
|
|
|
leftup = temp // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[m]
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "JS"
|
|
|
|
|
|
|
|
```javascript title="edit_distance.js"
|
|
|
|
/* 编辑距离:状态压缩后的动态规划 */
|
|
|
|
function editDistanceDPComp(s, t) {
|
|
|
|
const n = s.length,
|
|
|
|
m = t.length;
|
|
|
|
const dp = new Array(m + 1).fill(0);
|
|
|
|
// 状态转移:首行
|
|
|
|
for (let j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
dp[j] = j;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行
|
|
|
|
for (let i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
// 状态转移:首列
|
|
|
|
let leftup = dp[0]; // 暂存 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
dp[0] = i;
|
|
|
|
// 状态转移:其余列
|
|
|
|
for (let j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
const temp = dp[j];
|
|
|
|
if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1)) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[j] = leftup;
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[j] = Math.min(dp[j - 1], dp[j], leftup) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
leftup = temp; // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[m];
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "TS"
|
|
|
|
|
|
|
|
```typescript title="edit_distance.ts"
|
|
|
|
/* 编辑距离:状态压缩后的动态规划 */
|
|
|
|
function editDistanceDPComp(s: string, t: string): number {
|
|
|
|
const n = s.length,
|
|
|
|
m = t.length;
|
|
|
|
const dp = new Array(m + 1).fill(0);
|
|
|
|
// 状态转移:首行
|
|
|
|
for (let j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
dp[j] = j;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行
|
|
|
|
for (let i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
// 状态转移:首列
|
|
|
|
let leftup = dp[0]; // 暂存 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
dp[0] = i;
|
|
|
|
// 状态转移:其余列
|
|
|
|
for (let j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
const temp = dp[j];
|
|
|
|
if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1)) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[j] = leftup;
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[j] = Math.min(dp[j - 1], dp[j], leftup) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
leftup = temp; // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[m];
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "Dart"
|
|
|
|
|
|
|
|
```dart title="edit_distance.dart"
|
|
|
|
/* 编辑距离:空间优化后的动态规划 */
|
|
|
|
int editDistanceDPComp(String s, String t) {
|
|
|
|
int n = s.length, m = t.length;
|
|
|
|
List<int> dp = List.filled(m + 1, 0);
|
|
|
|
// 状态转移:首行
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
dp[j] = j;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行
|
|
|
|
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
// 状态转移:首列
|
|
|
|
int leftup = dp[0]; // 暂存 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
dp[0] = i;
|
|
|
|
// 状态转移:其余列
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
int temp = dp[j];
|
|
|
|
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[j] = leftup;
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[j] = min(min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
leftup = temp; // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[m];
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "Rust"
|
|
|
|
|
|
|
|
```rust title="edit_distance.rs"
|
|
|
|
/* 编辑距离:空间优化后的动态规划 */
|
|
|
|
fn edit_distance_dp_comp(s: &str, t: &str) -> i32 {
|
|
|
|
let (n, m) = (s.len(), t.len());
|
|
|
|
let mut dp = vec![0; m + 1];
|
|
|
|
// 状态转移:首行
|
|
|
|
for j in 1..m {
|
|
|
|
dp[j] = j as i32;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行
|
|
|
|
for i in 1..=n {
|
|
|
|
// 状态转移:首列
|
|
|
|
let mut leftup = dp[0]; // 暂存 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
dp[0] = i as i32;
|
|
|
|
// 状态转移:其余列
|
|
|
|
for j in 1..=m {
|
|
|
|
let temp = dp[j];
|
|
|
|
if s.chars().nth(i - 1) == t.chars().nth(j - 1) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[j] = leftup;
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[j] = std::cmp::min(std::cmp::min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
leftup = temp; // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
dp[m]
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "C"
|
|
|
|
|
|
|
|
```c title="edit_distance.c"
|
|
|
|
/* 编辑距离:空间优化后的动态规划 */
|
|
|
|
int editDistanceDPComp(char *s, char *t, int n, int m) {
|
|
|
|
int *dp = calloc(m + 1, sizeof(int));
|
|
|
|
// 状态转移:首行
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
dp[j] = j;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行
|
|
|
|
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
|
|
|
// 状态转移:首列
|
|
|
|
int leftup = dp[0]; // 暂存 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
dp[0] = i;
|
|
|
|
// 状态转移:其余列
|
|
|
|
for (int j = 1; j <= m; j++) {
|
|
|
|
int temp = dp[j];
|
|
|
|
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[j] = leftup;
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[j] = myMin(myMin(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
leftup = temp; // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
int res = dp[m];
|
|
|
|
// 释放内存
|
|
|
|
free(dp);
|
|
|
|
return res;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
=== "Zig"
|
|
|
|
|
|
|
|
```zig title="edit_distance.zig"
|
|
|
|
// 编辑距离:空间优化后的动态规划
|
|
|
|
fn editDistanceDPComp(comptime s: []const u8, comptime t: []const u8) i32 {
|
|
|
|
comptime var n = s.len;
|
|
|
|
comptime var m = t.len;
|
|
|
|
var dp = [_]i32{0} ** (m + 1);
|
|
|
|
// 状态转移:首行
|
|
|
|
for (1..m + 1) |j| {
|
|
|
|
dp[j] = @intCast(j);
|
|
|
|
}
|
|
|
|
// 状态转移:其余行
|
|
|
|
for (1..n + 1) |i| {
|
|
|
|
// 状态转移:首列
|
|
|
|
var leftup = dp[0]; // 暂存 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
dp[0] = @intCast(i);
|
|
|
|
// 状态转移:其余列
|
|
|
|
for (1..m + 1) |j| {
|
|
|
|
var temp = dp[j];
|
|
|
|
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
|
|
|
|
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
|
|
|
|
dp[j] = leftup;
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
|
|
|
|
dp[j] = @min(@min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
|
|
|
|
}
|
|
|
|
leftup = temp; // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
|
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
return dp[m];
|
|
|
|
}
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
??? pythontutor "可视化运行"
|
|
|
|
|
|
|
|
<div style="height: 549px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=def%20edit_distance_dp_comp%28s%3A%20str,%20t%3A%20str%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E7%BC%96%E8%BE%91%E8%B7%9D%E7%A6%BB%EF%BC%9A%E7%A9%BA%E9%97%B4%E4%BC%98%E5%8C%96%E5%90%8E%E7%9A%84%E5%8A%A8%E6%80%81%E8%A7%84%E5%88%92%22%22%22%0A%20%20%20%20n,%20m%20%3D%20len%28s%29,%20len%28t%29%0A%20%20%20%20dp%20%3D%20%5B0%5D%20*%20%28m%20%2B%201%29%0A%20%20%20%20%23%20%E7%8A%B6%E6%80%81%E8%BD%AC%E7%A7%BB%EF%BC%9A%E9%A6%96%E8%A1%8C%0A%20%20%20%20for%20j%20in%20range%281,%20m%20%2B%201%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20dp%5Bj%5D%20%3D%20j%0A%20%20%20%20%23%20%E7%8A%B6%E6%80%81%E8%BD%AC%E7%A7%BB%EF%BC%9A%E5%85%B6%E4%BD%99%E8%A1%8C%0A%20%20%20%20for%20i%20in%20range%281,%20n%20%2B%201%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E7%8A%B6%E6%80%81%E8%BD%AC%E7%A7%BB%EF%BC%9A%E9%A6%96%E5%88%97%0A%20%20%20%20%20%20%20%20leftup%20%3D%20dp%5B0%5D%20%20%23%20%E6%9A%82%E5%AD%98%20dp%5Bi-1,%20j-1%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20dp%5B0%5D%20%2B%3D%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E7%8A%B6%E6%80%81%E8%BD%AC%E7%A7%BB%EF%BC%9A%E5%85%B6%E4%BD%99%E5%88%97%0A%20%20%20%20%20%20%20%20for%20j%20in%20range%281,%20m%20%2B%201%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20temp%20%3D%20dp%5Bj%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20if%20s%5Bi%20-%201%5D%20%3D%3D%20t%5Bj%20-%201%5D%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E8%8B%A5%E4%B8%A4%E5%AD%97%E7%AC%A6%E7%9B%B8%E7%AD%89%EF%BC%8C%E5%88%99%E7%9B%B4%E6%8E%A5%E8%B7%B3%E8%BF%87%E6%AD%A4%E4%B8%A4%E5%AD%97%E7%AC%A6%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20dp%5Bj%5D%20%3D%20leftup%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20else%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E6%9C%80%E5%B0%91%E7%BC%96%E8%BE%91%E6%AD%A5%E6%95%B0%20%3D%20%E6%8F%92%E5%85%A5%E3%80%81%E5%88%A0%E9%99%A4%E3%80%81%E6%9B%BF%E6%8D%A2%E8%BF%99%E4%B8%89%E7%A7%8D%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%9A%84%E6%9C%80%E5%B0%91%E7%BC%96%E8%BE%91%E6%AD%A5%E6%95%B0%20%2B%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20dp%5Bj%5D%20%3D%20min%28dp%5Bj%20-%201%5D,%20dp%5Bj%5D,%20leftup%29%20%2B%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20leftup%20%3D%20temp%20%20%23%20%E6%9B%B4%E6%96%B0%E4%B8%BA%E4%B8%8B%E4%B8%80%E8%BD%AE%E7%9A%84%20dp%5Bi-1,%20j-1%5D%0A%20%20%20%20return%20dp%5Bm%5D%0A%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20s%20%3D%20%22bag%22%0A%20%20%20%20t%20%3D%20%22pack%22%0A%20%20%20%20n,%20m%20%3D%20len%28s%29,%20len%28t%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E7%A9%BA%E9%97%B4%E4%BC%98%E5%8C%96%E5%90%8E%E7%9A%84%E5%8A%A8%E6%80%81%E8%A7%84%E5%88%92%0A%20%20%20%20res%20%3D%20edit_distance_dp_comp%28s,%20t%29%0A%20%20%20%20print%28f%22%E5%B0%86%20%7Bs%7D%20%E6%9B%B4%E6%94%B9%E4%B8%BA%20%7Bt%7D%20%E6%9C%80%E5%B0%91%E9%9C%80%E8%A6%81%E7%BC%96%E8%BE%91%20%7Bres%7D%20%E6%AD%A5%22%29&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=6&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
|
|
|
|
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=def%20edit_distance_dp_comp%28s%3A%20str,%20t%3A%20str%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E7%BC%96%E8%BE%91%E8%B7%9D%E7%A6%BB%EF%BC%9A%E7%A9%BA%E9%97%B4%E4%BC%98%E5%8C%96%E5%90%8E%E7%9A%84%E5%8A%A8%E6%80%81%E8%A7%84%E5%88%92%22%22%22%0A%20%20%20%20n,%20m%20%3D%20len%28s%29,%20len%28t%29%0A%20%20%20%20dp%20%3D%20%5B0%5D%20*%20%28m%20%2B%201%29%0A%20%20%20%20%23%20%E7%8A%B6%E6%80%81%E8%BD%AC%E7%A7%BB%EF%BC%9A%E9%A6%96%E8%A1%8C%0A%20%20%20%20for%20j%20in%20range%281,%20m%20%2B%201%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20dp%5Bj%5D%20%3D%20j%0A%20%20%20%20%23%20%E7%8A%B6%E6%80%81%E8%BD%AC%E7%A7%BB%EF%BC%9A%E5%85%B6%E4%BD%99%E8%A1%8C%0A%20%20%20%20for%20i%20in%20range%281,%20n%20%2B%201%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E7%8A%B6%E6%80%81%E8%BD%AC%E7%A7%BB%EF%BC%9A%E9%A6%96%E5%88%97%0A%20%20%20%20%20%20%20%20leftup%20%3D%20dp%5B0%5D%20%20%23%20%E6%9A%82%E5%AD%98%20dp%5Bi-1,%20j-1%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20dp%5B0%5D%20%2B%3D%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E7%8A%B6%E6%80%81%E8%BD%AC%E7%A7%BB%EF%BC%9A%E5%85%B6%E4%BD%99%E5%88%97%0A%20%20%20%20%20%20%20%20for%20j%20in%20range%281,%20m%20%2B%201%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20temp%20%3D%20dp%5Bj%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20if%20s%5Bi%20-%201%5D%20%3D%3D%20t%5Bj%20-%201%5D%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E8%8B%A5%E4%B8%A4%E5%AD%97%E7%AC%A6%E7%9B%B8%E7%AD%89%EF%BC%8C%E5%88%99%E7%9B%B4%E6%8E%A5%E8%B7%B3%E8%BF%87%E6%AD%A4%E4%B8%A4%E5%AD%97%E7%AC%A6%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20dp%5Bj%5D%20%3D%20leftup%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20else%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E6%9C%80%E5%B0%91%E7%BC%96%E8%BE%91%E6%AD%A5%E6%95%B0%20%3D%20%E6%8F%92%E5%85%A5%E3%80%81%E5%88%A0%E9%99%A4%E3%80%81%E6%9B%BF%E6%8D%A2%E8%BF%99%E4%B8%89%E7%A7%8D%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%9A%84%E6%9C%80%E5%B0%91%E7%BC%96%E8%BE%91%E6%AD%A5%E6%95%B0%20%2B%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20dp%5Bj%5D%20%3D%20min%28dp%5Bj%20-%201%5D,%20dp%5Bj%5D,%20leftup%29%20%2B%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20leftup%20%3D%20temp%20%20%23%20%E6%9B%B4%E6%96%B0%E4%B8%BA%E4%B8%8B%E4%B8%80%E8%BD%AE%E7%9A%84%20dp%5Bi-1,%20j-1%5D%0A%20%20%20%20return%20dp%5Bm%5D%0A%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20s%20%3D%20%22bag%22%0A%20%20%20%20t%20%3D%20%22pack%22%0A%20%20%20%20n,%20m%20%3D%20len%28s%29,%20len%28t%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E7%A9%BA%E9%97%B4%E4%BC%98%E5%8C%96%E5%90%8E%E7%9A%84%E5%8A%A8%E6%80%81%E8%A7%84%E5%88%92%0A%20%20%20%20res%20%3D%20edit_distance_dp_comp%28s,%20t%29%0A%20%20%20%20print%28f%22%E5%B0%86%20%7Bs%7D%20%E6%9B%B4%E6%94%B9%E4%B8%BA%20%7Bt%7D%20%E6%9C%80%E5%B0%91%E9%9C%80%E8%A6%81%E7%BC%96%E8%BE%91%20%7Bres%7D%20%E6%AD%A5%22%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=6&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全屏观看 ></a></div>
|