最长公共子序列的变种:带字符替换限制的最长公共子序列(进阶版:允许部分字符替换为通配符)
题目描述:
给定两个字符串s1和s2,以及一个字符替换限制规则。规则定义了一个映射关系,表示某些字符可以被替换为特定的通配符(如'*'),但替换操作有次数限制。具体来说:
- 每个字符可以被替换为通配符的次数有限制
- 通配符可以匹配任意字符(包括空字符)
- 目标是在满足替换限制的条件下,找到s1和s2的最长公共子序列
解题过程:
-
问题分析:
这是一个带约束条件的最长公共子序列(LCS)问题。与标准LCS不同,这里允许字符替换操作,但替换操作受到限制。我们需要在动态规划状态中记录替换操作的使用情况。 -
状态定义:
定义dp[i][j][k]表示考虑s1的前i个字符和s2的前j个字符,在使用不超过k次替换操作的情况下,能得到的最长公共子序列长度。 -
状态转移方程:
对于每个位置(i, j, k),考虑三种情况:
情况1:不匹配当前字符
dp[i][j][k] = max(dp[i-1][j][k], dp[i][j-1][k])
情况2:字符直接匹配(s1[i] == s2[j])
dp[i][j][k] = max(dp[i][j][k], dp[i-1][j-1][k] + 1)
情况3:使用替换操作
如果允许将s1[i]替换为通配符来匹配s2[j],且k > 0:
dp[i][j][k] = max(dp[i][j][k], dp[i-1][j-1][k-1] + 1)
如果允许将s2[j]替换为通配符来匹配s1[i],且k > 0:
dp[i][j][k] = max(dp[i][j][k], dp[i-1][j-1][k-1] + 1)
- 边界条件:
- 当i = 0或j = 0时,dp[i][j][k] = 0(空字符串的LCS长度为0)
- 当k < 0时,值为负无穷(不可行状态)
-
算法实现:
使用三重循环遍历所有可能的状态,按i, j, k递增的顺序计算dp值。 -
复杂度分析:
时间复杂度:O(n×m×K),其中n和m分别是两个字符串的长度,K是最大允许的替换次数。
空间复杂度:O(n×m×K),可通过滚动数组优化到O(m×K)。
这个算法通过引入替换次数的维度,在标准LCS的基础上增加了对替换操作的限制处理,能够有效解决带字符替换限制的LCS问题。