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2023-12-02 06:24:05 +08:00
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@@ -4,13 +4,13 @@ comments: true
# 14.6   编辑距离问题
编辑距离,也被称为 Levenshtein 距离,指两个字符串之间互相转换的最修改次数,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。
编辑距离,也 Levenshtein 距离,指两个字符串之间互相转换的最修改次数,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、替换字符为任意一个字符。
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。
@@ -39,7 +39,7 @@ comments: true
- 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 $j$ 个字符,记为 $[i, j]$ 。
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 $j$ 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**。
@@ -71,7 +71,7 @@ $$
**第三步:确定边界条件和状态转移顺序**
当两字符串都为空时,编辑步数为 $0$ ,即 $dp[0, 0] = 0$ 。当 $s$ 为空但 $t$ 不为空时,最少编辑步数等于 $t$ 的长度,即首行 $dp[0, j] = j$ 。当 $s$ 不为空但 $t$ 为空时,等于 $s$ 的长度,即首列 $dp[i, 0] = i$ 。
当两字符串都为空时,编辑步数为 $0$ ,即 $dp[0, 0] = 0$ 。当 $s$ 为空但 $t$ 不为空时,最少编辑步数等于 $t$ 的长度,即首行 $dp[0, j] = j$ 。当 $s$ 不为空但 $t$ 为空时,最少编辑步数等于 $s$ 的长度,即首列 $dp[i, 0] = i$ 。
观察状态转移方程,解 $dp[i, j]$ 依赖左方、上方、左上方的解,因此通过两层循环正序遍历整个 $dp$ 表即可。
@@ -89,7 +89,7 @@ $$
dp[i][0] = i
for j in range(1, m + 1):
dp[0][j] = j
# 状态转移:其余行列
# 状态转移:其余行
for i in range(1, n + 1):
for j in range(1, m + 1):
if s[i - 1] == t[j - 1]:
@@ -115,7 +115,7 @@ $$
for (int j = 1; j <= m; j++) {
dp[0][j] = j;
}
// 状态转移:其余行列
// 状态转移:其余行
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int j = 1; j <= m; j++) {
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
@@ -145,7 +145,7 @@ $$
for (int j = 1; j <= m; j++) {
dp[0][j] = j;
}
// 状态转移:其余行列
// 状态转移:其余行
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int j = 1; j <= m; j++) {
if (s.charAt(i - 1) == t.charAt(j - 1)) {
@@ -175,7 +175,7 @@ $$
for (int j = 1; j <= m; j++) {
dp[0, j] = j;
}
// 状态转移:其余行列
// 状态转移:其余行
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int j = 1; j <= m; j++) {
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
@@ -209,7 +209,7 @@ $$
for j := 1; j <= m; j++ {
dp[0][j] = j
}
// 状态转移:其余行列
// 状态转移:其余行
for i := 1; i <= n; i++ {
for j := 1; j <= m; j++ {
if s[i-1] == t[j-1] {
@@ -240,7 +240,7 @@ $$
for j in stride(from: 1, through: m, by: 1) {
dp[0][j] = j
}
// 状态转移:其余行列
// 状态转移:其余行
for i in stride(from: 1, through: n, by: 1) {
for j in stride(from: 1, through: m, by: 1) {
if s.utf8CString[i - 1] == t.utf8CString[j - 1] {
@@ -271,7 +271,7 @@ $$
for (let j = 1; j <= m; j++) {
dp[0][j] = j;
}
// 状态转移:其余行列
// 状态转移:其余行
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let j = 1; j <= m; j++) {
if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1)) {
@@ -305,7 +305,7 @@ $$
for (let j = 1; j <= m; j++) {
dp[0][j] = j;
}
// 状态转移:其余行列
// 状态转移:其余行
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let j = 1; j <= m; j++) {
if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1)) {
@@ -336,7 +336,7 @@ $$
for (int j = 1; j <= m; j++) {
dp[0][j] = j;
}
// 状态转移:其余行列
// 状态转移:其余行
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int j = 1; j <= m; j++) {
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
@@ -366,7 +366,7 @@ $$
for j in 1..m {
dp[0][j] = j as i32;
}
// 状态转移:其余行列
// 状态转移:其余行
for i in 1..=n {
for j in 1..=m {
if s.chars().nth(i - 1) == t.chars().nth(j - 1) {
@@ -398,7 +398,7 @@ $$
for (int j = 1; j <= m; j++) {
dp[0][j] = j;
}
// 状态转移:其余行列
// 状态转移:其余行
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int j = 1; j <= m; j++) {
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
@@ -434,7 +434,7 @@ $$
for (1..m + 1) |j| {
dp[0][j] = @intCast(j);
}
// 状态转移:其余行列
// 状态转移:其余行
for (1..n + 1) |i| {
for (1..m + 1) |j| {
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
@@ -450,7 +450,7 @@ $$
}
```
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。
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" }
@@ -501,9 +501,9 @@ $$
### 3. &nbsp; 空间优化
由于 $dp[i,j]$ 是由上方 $dp[i-1, j]$、左方 $dp[i, j-1]$、左上方状态 $dp[i-1, j-1]$ 转移而来,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。
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,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。
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"