最长公共子序列的变种——带字符必须按顺序出现限制的最长公共子序列(进阶版:限制某些字符必须连续出现k次,且总出现次数有限制)
我将为您详细讲解这个线性动态规划问题。这个问题结合了最长公共子序列(LCS)的经典解法,并增加了多个复杂约束条件。
题目描述
给定两个字符串s和t,以及一个字符集合C。要求找到s和t的最长公共子序列,满足:
- 集合C中的所有字符必须按照在s中出现的顺序出现在子序列中
- 集合C中的每个字符必须连续出现至少k次
- 每个字符在子序列中的总出现次数不能超过给定的上限
解题思路
这个问题需要在经典LCS动态规划的基础上,增加状态维度来跟踪各种约束条件的满足情况。
详细解题步骤
步骤1:定义动态规划状态
设dp[i][j][x][y]表示考虑s的前i个字符和t的前j个字符时,当前正在处理的C集合字符的连续出现次数为x,总出现次数为y时的最长公共子序列长度。
其中:
- i: 在字符串s中考虑到的位置(0 ≤ i ≤ len(s))
- j: 在字符串t中考虑到的位置(0 ≤ j ≤ len(t))
- x: 当前字符的连续出现次数(0 ≤ x ≤ k)
- y: C集合字符的总出现次数(0 ≤ y ≤ 上限)
步骤2:状态初始化
- dp[0][j][0][0] = 0,对于所有j
- dp[i][0][0][0] = 0,对于所有i
- 其他状态初始化为负无穷,表示不可达
步骤3:状态转移方程
对于每个状态dp[i][j][x][y],考虑三种情况:
情况1:不匹配当前字符
dp[i][j][x][y] = max(
dp[i-1][j][x][y], // 跳过s[i]
dp[i][j-1][x][y] // 跳过t[j]
)
情况2:匹配普通字符(不在集合C中)
如果s[i] == t[j] 且 s[i] ∉ C:
dp[i][j][0][y] = max(dp[i][j][0][y], dp[i-1][j-1][x][y] + 1)
情况3:匹配C集合字符
这需要分多种子情况:
子情况3.1:开始新的连续段
如果s[i] == t[j] 且 s[i] ∈ C 且 x == 0:
dp[i][j][1][y+1] = max(dp[i][j][1][y+1], dp[i-1][j-1][0][y] + 1)
子情况3.2:继续当前连续段
如果s[i] == t[j] 且 s[i] ∈ C 且 x > 0 且 x < k:
dp[i][j][x+1][y+1] = max(dp[i][j][x+1][y+1], dp[i-1][j-1][x][y] + 1)
子情况3.3:完成连续段要求
如果s[i] == t[j] 且 s[i] ∈ C 且 x == k-1:
dp[i][j][0][y+1] = max(dp[i][j][0][y+1], dp[i-1][j-1][k-1][y] + 1)
步骤4:处理约束条件
在状态转移过程中,需要检查:
- 总出现次数y不能超过上限
- C集合字符必须按在s中出现的顺序匹配
- 连续出现次数x不能超过k
步骤5:结果提取
最终结果是所有dp[len(s)][len(t)][x][y]中的最大值,其中x可以是0或k(表示当前没有进行中的连续段或刚好完成一个连续段)。
复杂度分析
- 时间复杂度:O(len(s) × len(t) × k × Y),其中Y是总出现次数上限
- 空间复杂度:同上,可通过滚动数组优化到O(len(t) × k × Y)
示例说明
假设s = "aabbcc", t = "abcabc", C = {'a', 'b', 'c'}, k = 2, 总出现次数上限为3
最优解可能是"abb"或"aab"等,满足所有约束条件的最长公共子序列。
这个解法通过增加状态维度来跟踪各种约束条件,确保了所有限制都能得到满足,同时找到了最优解。