区间动态规划例题:最长重复子数组问题(带重叠限制)
字数 947 2025-11-19 15:44:35
区间动态规划例题:最长重复子数组问题(带重叠限制)
题目描述:
给定两个整数数组A和B,要求找到这两个数组中具有相同子数组长度的最长重复子数组。但是这里有一个额外的限制条件:在匹配过程中,允许子数组有最多k个位置不匹配(即允许最多k个字符不同),同时要求匹配的子数组在各自数组中的位置不能有重叠。
解题过程:
- 问题分析:
- 我们需要在两个数组A和B中找到最长的公共子数组
- 允许最多k个位置不匹配,这增加了问题的灵活性
- 位置不能重叠意味着一旦某个子数组被匹配,其中的元素不能再用于其他匹配
-
状态定义:
定义dp[i][j][e]表示以数组A的第i个位置和数组B的第j个位置结尾,且允许最多e个不匹配位置时的最长公共子数组长度。 -
状态转移方程:
- 如果A[i] == B[j]:
dp[i][j][e] = dp[i-1][j-1][e] + 1 - 如果A[i] != B[j]:
- 如果e > 0(还有不匹配名额):
dp[i][j][e] = dp[i-1][j-1][e-1] + 1 - 如果e = 0:
dp[i][j][e] = 0
- 如果e > 0(还有不匹配名额):
-
重叠处理:
由于要求匹配的子数组不能重叠,我们需要在计算过程中记录哪些位置已经被使用。这可以通过维护一个标记数组来实现,标记每个位置是否已经被匹配。 -
算法步骤:
步骤1:初始化三维dp数组,大小为(lenA)+1 × (lenB)+1 × (k+1),初始值为0
步骤2:初始化标记数组usedA和usedB,记录A和B中每个位置是否被使用
步骤3:遍历所有可能的起始位置组合(i,j)和所有可能的错误数量e
步骤4:对于每个状态,如果当前位置未被使用,根据状态转移方程更新dp值
步骤5:记录找到的最长公共子数组长度及其位置
步骤6:更新标记数组,标记已匹配的位置 -
复杂度分析:
- 时间复杂度:O(n×m×k),其中n和m分别是数组A和B的长度
- 空间复杂度:O(n×m×k)
- 优化考虑:
- 可以使用滚动数组优化空间复杂度到O(m×k)
- 对于大规模数据,可以考虑使用哈希和二分搜索来优化
这个问题的难点在于如何处理位置不重叠的限制条件,需要在动态规划的过程中同步维护使用状态,确保找到的公共子数组不会相互冲突。