--- comments: true --- # 14.6   編輯距離問題 編輯距離,也稱 Levenshtein 距離,指兩個字串之間互相轉換的最少修改次數,通常用於在資訊檢索和自然語言處理中度量兩個序列的相似度。 !!! question 輸入兩個字串 $s$ 和 $t$ ,返回將 $s$ 轉換為 $t$ 所需的最少編輯步數。 你可以在一個字串中進行三種編輯操作:插入一個字元、刪除一個字元、將字元替換為任意一個字元。 如圖 14-27 所示,將 `kitten` 轉換為 `sitting` 需要編輯 3 步,包括 2 次替換操作與 1 次新增操作;將 `hello` 轉換為 `algo` 需要 3 步,包括 2 次替換操作和 1 次刪除操作。 ![編輯距離的示例資料](edit_distance_problem.assets/edit_distance_example.png){ class="animation-figure" }

圖 14-27   編輯距離的示例資料

**編輯距離問題可以很自然地用決策樹模型來解釋**。字串對應樹節點,一輪決策(一次編輯操作)對應樹的一條邊。 如圖 14-28 所示,在不限制操作的情況下,每個節點都可以派生出許多條邊,每條邊對應一種操作,這意味著從 `hello` 轉換到 `algo` 有許多種可能的路徑。 從決策樹的角度看,本題的目標是求解節點 `hello` 和節點 `algo` 之間的最短路徑。 ![基於決策樹模型表示編輯距離問題](edit_distance_problem.assets/edit_distance_decision_tree.png){ class="animation-figure" }

圖 14-28   基於決策樹模型表示編輯距離問題

### 1.   動態規劃思路 **第一步:思考每輪的決策,定義狀態,從而得到 $dp$ 表** 每一輪的決策是對字串 $s$ 進行一次編輯操作。 我們希望在編輯操作的過程中,問題的規模逐漸縮小,這樣才能構建子問題。設字串 $s$ 和 $t$ 的長度分別為 $n$ 和 $m$ ,我們先考慮兩字串尾部的字元 $s[n-1]$ 和 $t[m-1]$ 。 - 若 $s[n-1]$ 和 $t[m-1]$ 相同,我們可以跳過它們,直接考慮 $s[n-2]$ 和 $t[m-2]$ 。 - 若 $s[n-1]$ 和 $t[m-1]$ 不同,我們需要對 $s$ 進行一次編輯(插入、刪除、替換),使得兩字串尾部的字元相同,從而可以跳過它們,考慮規模更小的問題。 也就是說,我們在字串 $s$ 中進行的每一輪決策(編輯操作),都會使得 $s$ 和 $t$ 中剩餘的待匹配字元發生變化。因此,狀態為當前在 $s$ 和 $t$ 中考慮的第 $i$ 和第 $j$ 個字元,記為 $[i, j]$ 。 狀態 $[i, j]$ 對應的子問題:**將 $s$ 的前 $i$ 個字元更改為 $t$ 的前 $j$ 個字元所需的最少編輯步數**。 至此,得到一個尺寸為 $(i+1) \times (j+1)$ 的二維 $dp$ 表。 **第二步:找出最優子結構,進而推導出狀態轉移方程** 考慮子問題 $dp[i, j]$ ,其對應的兩個字串的尾部字元為 $s[i-1]$ 和 $t[j-1]$ ,可根據不同編輯操作分為圖 14-29 所示的三種情況。 1. 在 $s[i-1]$ 之後新增 $t[j-1]$ ,則剩餘子問題 $dp[i, j-1]$ 。 2. 刪除 $s[i-1]$ ,則剩餘子問題 $dp[i-1, j]$ 。 3. 將 $s[i-1]$ 替換為 $t[j-1]$ ,則剩餘子問題 $dp[i-1, j-1]$ 。 ![編輯距離的狀態轉移](edit_distance_problem.assets/edit_distance_state_transfer.png){ class="animation-figure" }

圖 14-29   編輯距離的狀態轉移

根據以上分析,可得最優子結構:$dp[i, j]$ 的最少編輯步數等於 $dp[i, j-1]$、$dp[i-1, j]$、$dp[i-1, j-1]$ 三者中的最少編輯步數,再加上本次的編輯步數 $1$ 。對應的狀態轉移方程為: $$ dp[i, j] = \min(dp[i, j-1], dp[i-1, j], dp[i-1, j-1]) + 1 $$ 請注意,**當 $s[i-1]$ 和 $t[j-1]$ 相同時,無須編輯當前字元**,這種情況下的狀態轉移方程為: $$ dp[i, j] = dp[i-1, j-1] $$ **第三步:確定邊界條件和狀態轉移順序** 當兩字串都為空時,編輯步數為 $0$ ,即 $dp[0, 0] = 0$ 。當 $s$ 為空但 $t$ 不為空時,最少編輯步數等於 $t$ 的長度,即首行 $dp[0, j] = j$ 。當 $s$ 不為空但 $t$ 為空時,最少編輯步數等於 $s$ 的長度,即首列 $dp[i, 0] = i$ 。 觀察狀態轉移方程,解 $dp[i, j]$ 依賴左方、上方、左上方的解,因此透過兩層迴圈正序走訪整個 $dp$ 表即可。 ### 2.   程式碼實現 === "Python" ```python title="edit_distance.py" def edit_distance_dp(s: str, t: str) -> int: """編輯距離:動態規劃""" n, m = len(s), len(t) dp = [[0] * (m + 1) for _ in range(n + 1)] # 狀態轉移: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 # 狀態轉移:其餘行和列 for i in range(1, n + 1): for j in range(1, m + 1): if s[i - 1] == t[j - 1]: # 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] else: # 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 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" /* 編輯距離:動態規劃 */ int editDistanceDP(string s, string t) { int n = s.length(), m = t.length(); vector> dp(n + 1, vector(m + 1, 0)); // 狀態轉移: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; } // 狀態轉移:其餘行和列 for (int i = 1; i <= n; i++) { for (int j = 1; j <= m; j++) { if (s[i - 1] == t[j - 1]) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1]; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 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" /* 編輯距離:動態規劃 */ int editDistanceDP(String s, String t) { int n = s.length(), m = t.length(); int[][] dp = new int[n + 1][m + 1]; // 狀態轉移: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; } // 狀態轉移:其餘行和列 for (int i = 1; i <= n; i++) { for (int j = 1; j <= m; j++) { if (s.charAt(i - 1) == t.charAt(j - 1)) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1]; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 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" /* 編輯距離:動態規劃 */ int EditDistanceDP(string s, string t) { int n = s.Length, m = t.Length; int[,] dp = new int[n + 1, m + 1]; // 狀態轉移: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; } // 狀態轉移:其餘行和列 for (int i = 1; i <= n; i++) { for (int j = 1; j <= m; j++) { if (s[i - 1] == t[j - 1]) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[i, j] = dp[i - 1, j - 1]; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 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" /* 編輯距離:動態規劃 */ 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) } // 狀態轉移:首行首列 for i := 1; i <= n; i++ { dp[i][0] = i } for j := 1; j <= m; j++ { dp[0][j] = j } // 狀態轉移:其餘行和列 for i := 1; i <= n; i++ { for j := 1; j <= m; j++ { if s[i-1] == t[j-1] { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[i][j] = dp[i-1][j-1] } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 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" /* 編輯距離:動態規劃 */ 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) // 狀態轉移:首行首列 for i in 1 ... n { dp[i][0] = i } for j in 1 ... m { dp[0][j] = j } // 狀態轉移:其餘行和列 for i in 1 ... n { for j in 1 ... m { if s.utf8CString[i - 1] == t.utf8CString[j - 1] { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 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" /* 編輯距離:動態規劃 */ function editDistanceDP(s, t) { const n = s.length, m = t.length; const dp = Array.from({ length: n + 1 }, () => new Array(m + 1).fill(0)); // 狀態轉移: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; } // 狀態轉移:其餘行和列 for (let i = 1; i <= n; i++) { for (let j = 1; j <= m; j++) { if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1)) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1]; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 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" /* 編輯距離:動態規劃 */ 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) ); // 狀態轉移: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; } // 狀態轉移:其餘行和列 for (let i = 1; i <= n; i++) { for (let j = 1; j <= m; j++) { if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1)) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1]; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 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" /* 編輯距離:動態規劃 */ int editDistanceDP(String s, String t) { int n = s.length, m = t.length; List> dp = List.generate(n + 1, (_) => List.filled(m + 1, 0)); // 狀態轉移: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; } // 狀態轉移:其餘行和列 for (int i = 1; i <= n; i++) { for (int j = 1; j <= m; j++) { if (s[i - 1] == t[j - 1]) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1]; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 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" /* 編輯距離:動態規劃 */ 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]; // 狀態轉移: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; } // 狀態轉移:其餘行和列 for i in 1..=n { for j in 1..=m { if s.chars().nth(i - 1) == t.chars().nth(j - 1) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1]; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 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" /* 編輯距離:動態規劃 */ 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)); } // 狀態轉移: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; } // 狀態轉移:其餘行和列 for (int i = 1; i <= n; i++) { for (int j = 1; j <= m; j++) { if (s[i - 1] == t[j - 1]) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1]; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 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]; // 釋放記憶體 for (int i = 0; i <= n; i++) { free(dp[i]); } return res; } ``` === "Kotlin" ```kotlin title="edit_distance.kt" /* 編輯距離:動態規劃 */ fun editDistanceDP(s: String, t: String): Int { val n = s.length val m = t.length val dp = Array(n + 1) { IntArray(m + 1) } // 狀態轉移:首行首列 for (i in 1..n) { dp[i][0] = i } for (j in 1..m) { dp[0][j] = j } // 狀態轉移:其餘行和列 for (i in 1..n) { for (j in 1..m) { if (s[i - 1] == t[j - 1]) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 1 dp[i][j] = (min( min(dp[i][j - 1].toDouble(), dp[i - 1][j].toDouble()), dp[i - 1][j - 1].toDouble() ) + 1).toInt() } } } return dp[n][m] } ``` === "Ruby" ```ruby title="edit_distance.rb" [class]{}-[func]{edit_distance_dp} ``` === "Zig" ```zig title="edit_distance.zig" // 編輯距離:動態規劃 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); // 狀態轉移:首行首列 for (1..n + 1) |i| { dp[i][0] = @intCast(i); } for (1..m + 1) |j| { dp[0][j] = @intCast(j); } // 狀態轉移:其餘行和列 for (1..n + 1) |i| { for (1..m + 1) |j| { if (s[i - 1] == t[j - 1]) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1]; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 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 "視覺化執行"
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如圖 14-30 所示,編輯距離問題的狀態轉移過程與背包問題非常類似,都可以看作填寫一個二維網格的過程。 === "<1>" ![編輯距離的動態規劃過程](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" }

圖 14-30   編輯距離的動態規劃過程

### 3.   空間最佳化 由於 $dp[i,j]$ 是由上方 $dp[i-1, j]$、左方 $dp[i, j-1]$、左上方 $dp[i-1, j-1]$ 轉移而來的,而正序走訪會丟失左上方 $dp[i-1, j-1]$ ,倒序走訪無法提前構建 $dp[i, j-1]$ ,因此兩種走訪順序都不可取。 為此,我們可以使用一個變數 `leftup` 來暫存左上方的解 $dp[i-1, j-1]$ ,從而只需考慮左方和上方的解。此時的情況與完全背包問題相同,可使用正序走訪。程式碼如下所示: === "Python" ```python title="edit_distance.py" def edit_distance_dp_comp(s: str, t: str) -> int: """編輯距離:空間最佳化後的動態規劃""" n, m = len(s), len(t) dp = [0] * (m + 1) # 狀態轉移:首行 for j in range(1, m + 1): dp[j] = j # 狀態轉移:其餘行 for i in range(1, n + 1): # 狀態轉移:首列 leftup = dp[0] # 暫存 dp[i-1, j-1] dp[0] += 1 # 狀態轉移:其餘列 for j in range(1, m + 1): temp = dp[j] if s[i - 1] == t[j - 1]: # 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[j] = leftup else: # 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 1 dp[j] = min(dp[j - 1], dp[j], leftup) + 1 leftup = temp # 更新為下一輪的 dp[i-1, j-1] return dp[m] ``` === "C++" ```cpp title="edit_distance.cpp" /* 編輯距離:空間最佳化後的動態規劃 */ int editDistanceDPComp(string s, string t) { int n = s.length(), m = t.length(); vector dp(m + 1, 0); // 狀態轉移:首行 for (int j = 1; j <= m; j++) { dp[j] = j; } // 狀態轉移:其餘行 for (int i = 1; i <= n; i++) { // 狀態轉移:首列 int leftup = dp[0]; // 暫存 dp[i-1, j-1] dp[0] = i; // 狀態轉移:其餘列 for (int j = 1; j <= m; j++) { int temp = dp[j]; if (s[i - 1] == t[j - 1]) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[j] = leftup; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 1 dp[j] = min(min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1; } leftup = temp; // 更新為下一輪的 dp[i-1, j-1] } } return dp[m]; } ``` === "Java" ```java title="edit_distance.java" /* 編輯距離:空間最佳化後的動態規劃 */ int editDistanceDPComp(String s, String t) { int n = s.length(), m = t.length(); int[] dp = new int[m + 1]; // 狀態轉移:首行 for (int j = 1; j <= m; j++) { dp[j] = j; } // 狀態轉移:其餘行 for (int i = 1; i <= n; i++) { // 狀態轉移:首列 int leftup = dp[0]; // 暫存 dp[i-1, j-1] dp[0] = i; // 狀態轉移:其餘列 for (int j = 1; j <= m; j++) { int temp = dp[j]; if (s.charAt(i - 1) == t.charAt(j - 1)) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[j] = leftup; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 1 dp[j] = Math.min(Math.min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1; } leftup = temp; // 更新為下一輪的 dp[i-1, j-1] } } return dp[m]; } ``` === "C#" ```csharp title="edit_distance.cs" /* 編輯距離:空間最佳化後的動態規劃 */ int EditDistanceDPComp(string s, string t) { int n = s.Length, m = t.Length; int[] dp = new int[m + 1]; // 狀態轉移:首行 for (int j = 1; j <= m; j++) { dp[j] = j; } // 狀態轉移:其餘行 for (int i = 1; i <= n; i++) { // 狀態轉移:首列 int leftup = dp[0]; // 暫存 dp[i-1, j-1] dp[0] = i; // 狀態轉移:其餘列 for (int j = 1; j <= m; j++) { int temp = dp[j]; if (s[i - 1] == t[j - 1]) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[j] = leftup; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 1 dp[j] = Math.Min(Math.Min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1; } leftup = temp; // 更新為下一輪的 dp[i-1, j-1] } } return dp[m]; } ``` === "Go" ```go title="edit_distance.go" /* 編輯距離:空間最佳化後的動態規劃 */ func editDistanceDPComp(s string, t string) int { n := len(s) m := len(t) dp := make([]int, m+1) // 狀態轉移:首行 for j := 1; j <= m; j++ { dp[j] = j } // 狀態轉移:其餘行 for i := 1; i <= n; i++ { // 狀態轉移:首列 leftUp := dp[0] // 暫存 dp[i-1, j-1] dp[0] = i // 狀態轉移:其餘列 for j := 1; j <= m; j++ { temp := dp[j] if s[i-1] == t[j-1] { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[j] = leftUp } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 1 dp[j] = MinInt(MinInt(dp[j-1], dp[j]), leftUp) + 1 } leftUp = temp // 更新為下一輪的 dp[i-1, j-1] } } return dp[m] } ``` === "Swift" ```swift title="edit_distance.swift" /* 編輯距離:空間最佳化後的動態規劃 */ 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) // 狀態轉移:首行 for j in 1 ... m { dp[j] = j } // 狀態轉移:其餘行 for i in 1 ... n { // 狀態轉移:首列 var leftup = dp[0] // 暫存 dp[i-1, j-1] dp[0] = i // 狀態轉移:其餘列 for j in 1 ... m { let temp = dp[j] if s.utf8CString[i - 1] == t.utf8CString[j - 1] { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[j] = leftup } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 1 dp[j] = min(min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1 } leftup = temp // 更新為下一輪的 dp[i-1, j-1] } } return dp[m] } ``` === "JS" ```javascript title="edit_distance.js" /* 編輯距離:狀態壓縮後的動態規劃 */ function editDistanceDPComp(s, t) { const n = s.length, m = t.length; const dp = new Array(m + 1).fill(0); // 狀態轉移:首行 for (let j = 1; j <= m; j++) { dp[j] = j; } // 狀態轉移:其餘行 for (let i = 1; i <= n; i++) { // 狀態轉移:首列 let leftup = dp[0]; // 暫存 dp[i-1, j-1] dp[0] = i; // 狀態轉移:其餘列 for (let j = 1; j <= m; j++) { const temp = dp[j]; if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1)) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[j] = leftup; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 1 dp[j] = Math.min(dp[j - 1], dp[j], leftup) + 1; } leftup = temp; // 更新為下一輪的 dp[i-1, j-1] } } return dp[m]; } ``` === "TS" ```typescript title="edit_distance.ts" /* 編輯距離:狀態壓縮後的動態規劃 */ function editDistanceDPComp(s: string, t: string): number { const n = s.length, m = t.length; const dp = new Array(m + 1).fill(0); // 狀態轉移:首行 for (let j = 1; j <= m; j++) { dp[j] = j; } // 狀態轉移:其餘行 for (let i = 1; i <= n; i++) { // 狀態轉移:首列 let leftup = dp[0]; // 暫存 dp[i-1, j-1] dp[0] = i; // 狀態轉移:其餘列 for (let j = 1; j <= m; j++) { const temp = dp[j]; if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1)) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[j] = leftup; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 1 dp[j] = Math.min(dp[j - 1], dp[j], leftup) + 1; } leftup = temp; // 更新為下一輪的 dp[i-1, j-1] } } return dp[m]; } ``` === "Dart" ```dart title="edit_distance.dart" /* 編輯距離:空間最佳化後的動態規劃 */ int editDistanceDPComp(String s, String t) { int n = s.length, m = t.length; List dp = List.filled(m + 1, 0); // 狀態轉移:首行 for (int j = 1; j <= m; j++) { dp[j] = j; } // 狀態轉移:其餘行 for (int i = 1; i <= n; i++) { // 狀態轉移:首列 int leftup = dp[0]; // 暫存 dp[i-1, j-1] dp[0] = i; // 狀態轉移:其餘列 for (int j = 1; j <= m; j++) { int temp = dp[j]; if (s[i - 1] == t[j - 1]) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[j] = leftup; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 1 dp[j] = min(min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1; } leftup = temp; // 更新為下一輪的 dp[i-1, j-1] } } return dp[m]; } ``` === "Rust" ```rust title="edit_distance.rs" /* 編輯距離:空間最佳化後的動態規劃 */ fn edit_distance_dp_comp(s: &str, t: &str) -> i32 { let (n, m) = (s.len(), t.len()); let mut dp = vec![0; m + 1]; // 狀態轉移:首行 for j in 1..m { dp[j] = j as i32; } // 狀態轉移:其餘行 for i in 1..=n { // 狀態轉移:首列 let mut leftup = dp[0]; // 暫存 dp[i-1, j-1] dp[0] = i as i32; // 狀態轉移:其餘列 for j in 1..=m { let temp = dp[j]; if s.chars().nth(i - 1) == t.chars().nth(j - 1) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[j] = leftup; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 1 dp[j] = std::cmp::min(std::cmp::min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1; } leftup = temp; // 更新為下一輪的 dp[i-1, j-1] } } dp[m] } ``` === "C" ```c title="edit_distance.c" /* 編輯距離:空間最佳化後的動態規劃 */ int editDistanceDPComp(char *s, char *t, int n, int m) { int *dp = calloc(m + 1, sizeof(int)); // 狀態轉移:首行 for (int j = 1; j <= m; j++) { dp[j] = j; } // 狀態轉移:其餘行 for (int i = 1; i <= n; i++) { // 狀態轉移:首列 int leftup = dp[0]; // 暫存 dp[i-1, j-1] dp[0] = i; // 狀態轉移:其餘列 for (int j = 1; j <= m; j++) { int temp = dp[j]; if (s[i - 1] == t[j - 1]) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[j] = leftup; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 1 dp[j] = myMin(myMin(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1; } leftup = temp; // 更新為下一輪的 dp[i-1, j-1] } } int res = dp[m]; // 釋放記憶體 free(dp); return res; } ``` === "Kotlin" ```kotlin title="edit_distance.kt" /* 編輯距離:空間最佳化後的動態規劃 */ fun editDistanceDPComp(s: String, t: String): Int { val n = s.length val m = t.length val dp = IntArray(m + 1) // 狀態轉移:首行 for (j in 1..m) { dp[j] = j } // 狀態轉移:其餘行 for (i in 1..n) { // 狀態轉移:首列 var leftup = dp[0] // 暫存 dp[i-1, j-1] dp[0] = i // 狀態轉移:其餘列 for (j in 1..m) { val temp = dp[j] if (s[i - 1] == t[j - 1]) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[j] = leftup } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 1 dp[j] = (min(min(dp[j - 1].toDouble(), dp[j].toDouble()), leftup.toDouble()) + 1).toInt() } leftup = temp // 更新為下一輪的 dp[i-1, j-1] } } return dp[m] } ``` === "Ruby" ```ruby title="edit_distance.rb" [class]{}-[func]{edit_distance_dp_comp} ``` === "Zig" ```zig title="edit_distance.zig" // 編輯距離:空間最佳化後的動態規劃 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); // 狀態轉移:首行 for (1..m + 1) |j| { dp[j] = @intCast(j); } // 狀態轉移:其餘行 for (1..n + 1) |i| { // 狀態轉移:首列 var leftup = dp[0]; // 暫存 dp[i-1, j-1] dp[0] = @intCast(i); // 狀態轉移:其餘列 for (1..m + 1) |j| { var temp = dp[j]; if (s[i - 1] == t[j - 1]) { // 若兩字元相等,則直接跳過此兩字元 dp[j] = leftup; } else { // 最少編輯步數 = 插入、刪除、替換這三種操作的最少編輯步數 + 1 dp[j] = @min(@min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1; } leftup = temp; // 更新為下一輪的 dp[i-1, j-1] } } return dp[m]; } ``` ??? pythontutor "視覺化執行"